Windows 10 x86/WOW64用户态堆管理
引言
过去几周我接到多位亲友的紧急求助，称电脑出现异常并被强制升级到Windows 10。尽管我们可以讨论强制升级策略，但显然Windows 10已成为需要深入研究的重要版本。本文记录了我对Windows 10 32位进程用户态堆管理器行为的观察结果，重点分析与Windows 7的异同，并探讨如何通过堆操作提高行为可预测性。
测试环境配置
- Windows 10 Enterprise x64虚拟机（VirtualBox）
- Visual Studio Express 2015
- WinDBG with符号服务器配置
- 测试代码托管在GitHub: https://github.com/corelan/win10_heap
堆结构分析
Windows 10堆基址仍受ASLR影响，头部包含关键字段：
- EncodeFlagMask（0x4c）和Encoding（0x50）：堆块头编码密钥
- VirtualMemoryThreshold（0x5c）：值为0xfe00（0x7F000字节）
- FrontEndHeapType（0xd6）：前端分配器类型（0x2表示LFH）
后端分配器行为研究
BEA_Alloc1测试
分配两个0x300字节块观察初始行为：
- 从段末尾的0xba0字节空闲块分割
- 两个分配块相邻（0x01561440和0x01561748）
- 剩余0x590字节空闲块
BEA_Alloc2测试
10次0x300字节分配后释放最后一块：
- 释放块与相邻空闲空间合并为0x12c8字节大块
- 后续0x100字节分配优先使用精确匹配的空闲块
- 证明BEA按大小优先级重用空闲块
BEA_Alloc3测试
构建0x100-0x58-0x100相邻布局：
- 成功通过精确分配取回已释放的0x58字节块
- 证实通过控制空闲列表可实现UAF漏洞利用
BEA_Alloc4测试
尝试用0x80字节块覆盖0x58字节块的前4双字：
- 通过合并空闲块创建重叠内存区域
- 演示不同大小对象间的精确内存控制技术
前端分配器（LFH）分析
LFH激活条件
测试显示仍需18次连续分配触发LFH：
- 插入不同大小分配不影响触发计数
- 释放操作不影响LFH激活阈值
- 同大小块的释放也不改变18次分配的要求
LFH分配行为
与Windows 7相比显著变化：
- 不再严格遵循LIFO原则
- 块在子段中不再连续排列
- 取回已释放块需要0-50次不等的分配尝试
大小限制
LFH仍保持0x4000字节的最大块大小限制，超过此大小的分配由后端分配器处理。
大块分配技术
VirtualAllocdBlocks
分配超过VirtualMemoryThreshold（0x7F000字节）的块：
- 每个分配获得独立内存区域
- 地址对齐页面边界但间隔变大
- 堆喷洒效率低于Windows 7
精确堆喷洒
通过控制分配大小和数量可实现精确内存布局：
- 使用0x20000-8或0x40000-8等对齐大小
- 在每0x1000字节重复payload结构
- 通过预分配大块减少内存碎片干扰
结论
Windows 10堆管理在保持基本架构的同时引入重要行为变化：
- LFH激活条件保持不变但分配模式更随机
- 后端分配器仍需通过空闲列表控制实现可靠布局
- 大块分配间隔增大影响传统堆喷洒技术
- 通过精心设计的分配序列仍可实现精确内存控制
这些发现为Windows 10环境下的漏洞利用开发提供了重要技术参考。