Windows 10 x86/wow64用户态堆

引言

过去几周我接到多个紧急求助，发现用户的计算机已升级到Windows 10。尽管可以讨论强制升级策略，但显然Windows 10市场份额正在增长，因此研究其堆管理机制变得尤为重要。

本文记录32位进程在Windows 10中的用户态堆管理器行为，重点分析其与Windows 7的异同，并探讨如何操控堆布局以提高行为可预测性。具体研究问题包括：

• 后端分配器行为特征
• LFH激活条件
• Win7与Win10的LFH行为差异
• 创建特定堆布局的技术方案
• 可靠堆喷洒实现方法

测试环境

• Windows 10 Enterprise x64虚拟机（VirtualBox）
• Visual Studio Express 2015
• WinDBG with符号支持

堆结构分析

Windows 10堆基址受ASLR影响，头部包含关键字段：

• EncodeFlagMask（0x4c）和Encoding（0x50）：块头编码密钥
• VirtualMemoryThreshold（0x5c）：值为0xfe00（0x7F000字节）
• FrontEndHeapType（0xd6）：前端分配器类型（0x2表示LFH）

后端分配器（BEA）测试

BEA_Alloc1：基础分配行为

分配两个0x300字节块时，从段尾空闲块分割，保持相邻布局。释放后合并成大空闲块。

BEA_Alloc2：空闲列表管理

分配10个0x300字节块后释放最后一个，空闲块与相邻空间合并。后续0x100字节分配优先使用精确匹配的空闲块。

BEA_Alloc3：Use-After-Free利用

通过包围策略（0x100-0x58-0x100）防止合并，成功实现精确内存回收。

BEA_Alloc4：跨尺寸对象替换

尝试用0x80字节对象覆盖0x58字节对象，通过精确偏移计算实现部分内存控制。

前端分配器（LFH）测试

LFH激活条件

• 连续18次同尺寸分配触发LFH
• 中间插入其他尺寸分配不影响触发
• 释放操作不影响触发计数

LFH分配特性

• 最大块尺寸仍为0x4000字节
• 不再严格遵循LIFO原则
• 子段内块地址不再连续

LFH回收技术

通过释放整个子段所有块，可以回收内存页用于其他尺寸分配。

大块分配技术

VirtualAllocdBlocks

分配超过VirtualMemoryThreshold的块会触发独立虚拟内存分配，地址间距较大。

精确堆喷洒

使用0x20000-8等页面对齐尺寸，通过重复模式实现在固定地址（如0x0c0c0c0c）放置标记数据。

结论

Windows 10堆管理在保持基础架构的同时，在LFH行为和大块分配策略上有显著变化。通过精细控制分配序列和尺寸，仍可实现可靠的堆布局操控。建议在实际利用前进行充分的环境测试。

本文技术细节基于实际测试，完整代码示例参见GitHub仓库。