奇安信攻防社区-Chrome v8 pwn 前置

Chrome v8 pwn 前置

Chrome v8

参考
==

[官方文档](https://v8.dev/docs/build-gn#v8gen)  
[Chrome v8 pwn](https://blog.csdn.net/qq_45323960/article/details/130124693)  
[官方V8源码](https://chromium.googlesource.com/v8/v8/)  
[浏览器入门之starctf-OOB](https://e3pem.github.io/2019/07/31/browser/%E6%B5%8F%E8%A7%88%E5%99%A8%E5%85%A5%E9%97%A8%E4%B9%8Bstarctf-OOB/)  
[browser pwn入门（一](https://bbs.kanxue.com/thread-279859.htm)  
[V8 Pwn Basics 2: TurboFan](https://blog.wingszeng.top/v8-pwn-basics-2-turbofan/#turbofan)

[V8 Pwn Basics 1: JSObject](https://blog.wingszeng.top/v8-pwn-basics-1-jsobject/#%E7%BC%96%E5%8F%B7%E5%B1%9E%E6%80%A7-elements)

简介
==

v8 是 Google 用 C++ 开发的一个开源 JavaScript 引擎. 简单来说, 就是执行 js 代码的一个程序. Chromium, Node.js 都使用 v8 解析并运行 js.

v8是chrome浏览器的JavaScript解析引擎,v8编译后二进制名称叫d8而不是v8

JavaScript 是解释语言, 需要先翻译成字节码后在 VM 上运行. V8 中实现了一个 VM. 出于性能考虑, 目前的引擎普遍采用一种叫做 Just-in-time (JIT) 的编译技术, V8 也是. JIT 的思想在于, 如果一段代码反复执行, 那么将其编译成机器代码运行, 会比每次都解释要快得多.

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-a5f93701b35f0d65f0d95b97e440e66b47fe3237.png)  
V8引擎处理JavaScript代码的流程:

假设我们有以下JavaScript代码:

```javascript
function add(a, b) {
  return a + b;
}

console.log(add(5, 3));
```

1. 解析(Parser):  
    Parser会将这段代码转换为抽象语法树(AST)。AST大致如下:
    
    ```php
    Program
    ├── FunctionDeclaration (add)
    │   ├── Params (a, b)
    │   └── ReturnStatement
    │       └── BinaryExpression (+)
    │           ├── Identifier (a)
    │           └── Identifier (b)
    └── ExpressionStatement
       └── CallExpression (console.log)
           └── CallExpression (add)
               ├── NumberLiteral (5)
               └── NumberLiteral (3)
    ```
2. 解释(Interpreter - Ignition):  
    Ignition解释器会将AST转换为字节码。简化的字节码可能如下:
    
    ```php
    DEFINE_FUNCTION add
    GET_ARG a
    GET_ARG b
    ADD
    RETURN
    
    CALL add 5 3
    CALL console.log
    ```
    
    Ignition会在VM中执行这些字节码。
3. 非优化编译(Sparkplug):  
    如果函数被多次调用,Sparkplug会将字节码快速编译成简单的机器码,以提高执行速度。
4. 优化编译(Compiler - TurboFan):  
    如果函数被频繁调用,TurboFan会对其进行更深入的分析和优化,生成高度优化的机器码。例如,它可能会将add函数内联到调用处,消除函数调用开销。

环境搭建
====

[https://storage.googleapis.com/chrome-infra/depot\_tools.zip](https://storage.googleapis.com/chrome-infra/depot_tools.zip)

[https://blog.csdn.net/qq\_61670993/article/details/135276209?ops\_request\_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522171940779116800184121422%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&amp;request\_id=171940779116800184121422&amp;biz\_id=0&amp;utm\_medium=distribute.pc\_search\_result.none-task-blog-2~blog~first\_rank\_ecpm\_v1~rank\_v31\_ecpm-1-135276209-null-null.nonecase&amp;utm\_term=v8&amp;spm=1018.2226.3001.4450](https://blog.csdn.net/qq_61670993/article/details/135276209?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522171940779116800184121422%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&amp;request_id=171940779116800184121422&amp;biz_id=0&amp;utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-1-135276209-null-null.nonecase&amp;utm_term=v8&amp;spm=1018.2226.3001.4450)

depot\_tools和ninja
------------------

出现找不到vpython3和python3的情况是网络问题更换下代理,重试就好了  
![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-4bd6e314411c07e9954126b8c6095087caf08b7b.png)

使用ubuntu 20.04 搭建方便些 18.04很多东西搭环境麻烦

```c
sudo apt install bison cdbs curl flex g++ git python vim pkg-config

git clone https://chromium.googlesource.com/chromium/tools/depot_tools.git
echo 'export PATH=$PATH:"/path/to/depot_tools"' &gt;&gt; ~/.bashrc
cd depot_tools
git reset --hard 138bff28
export DEPOT_TOOLS_UPDATE=0
gclient   建议每次 gclient 前设置环境变量 export DEPOT_TOOLS_UPDATE=0
cd ..

git clone https://github.com/ninja-build/ninja.git
cd ninja &amp;&amp; ./configure.py --bootstrap &amp;&amp; cd ..
echo 'export PATH=$PATH:"/path/to/ninja"' &gt;&gt; ~/.bashrc

fetch v8 或者fetch --force v8

cd v8                    
gclient sync -D    git checkout  7.6.303.28 更换v8版本

./build/install-build-deps.sh 安装相关依赖，如果遇到下载字体未响应问题需要添加 --no-chromeos-fonts 参数
./tools/dev/v8gen.py x64.release 设置配置 最好选择 release 版本 因为 debug 版本可能会有很多检查 
./tools/dev/v8gen.py x64.debug

ninja -C out.gn/x64.release 利用生成的配置来编译 
ninja -C out.gn/x64.debug
```

ninja编译的最后在 ./out.gn/x64.debug/ 或 ./out.gn/x64.release/ 目录下

或者

```bash
执行 ./tools/dev/gm.py x64.release 可以使用预设的选项编译 release 版本, 将 release 换成 debug 可以编译 debug 版本. 这样编译出来的文件在 ./out/x64.release 或者 ./out/x64.debug 下.

也可以自行设置编译选项, 然后编译. 用 ./tools/dev/v8gen.py $target.$version -- options 来生成 $target 架构的 $version 版本的配置文件. 如 ./tools/dev/v8gen.py x64.release. 生成的文件会在 ./out.gn/ 下的对应目录里. 更多用法可以看 官方文档.

```

无论是用 gm 还是 v8gen, 生成的文件中包含一个编译选项. 在 ./out/ 或者 ./out.gn/ 对应目录下的 args.gn.

turbolizer
----------

完全卸载并重新安装 Node.js 和 npm： 首先，卸载现有的 Node.js：

然后，重新安装：

```bash
curl -fsSL https://deb.nodesource.com/setup_lts.x | sudo -E bash -
sudo apt-get install -y nodejs
```

检查安装：  
安装完成后，检查 Node.js 和 npm 的版本：

```bash
node -v
npm -v
```

```bash
cd v8/tools/turbolizer
npm i
npm run-script build
python -m SimpleHTTPServer

```

调试
==

```javascript
var a = [1,2,3,1.1];
%DebugPrint(a);
%SystemBreak();
```

```c
在 ~/.gdbinit 内添加以下两行可使用V8附带的调试插件：

source /path/to/v8/tools/gdbinit
source /path/to/v8/tools/gdb-v8-support.py
```

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-14b3b3755bb34a4decb0264e2a8c13033853bfd8.png)

```bash
 jl 别名已经存在，查看 tools/gdbinit 发现：

#alias jlh = print-v8-local
alias jl = print-v8-local
```

```bash
gdb ./d8
set args --allow-natives-syntax ./exp.js

```

&gt; d8 带 --allow-natives-syntax 启动参数的话，则可以在 js 脚本中写一些调试用的函数，这些函数通常以 % 开头，如 %DebugPrint() 显示对象信息，%DebugPrintPtr() 显示指针指向的对象信息，%SystemBreak() 下断点等。在 src/runtime/runtime.h 中可以找到所有的 natives syntax。

调试的时候可以在js文件里面使用%DebugPrint();以及%SystemBreak();其中%SystemBreak();的作用是在调试的时候会断在这条语句这里，%DebugPrint();则是用来打印对象的相关信息，在debug版本下会输出很详细的信息。

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-db9dfb147ff3b70f0e48632f25c41d05bf2fbe8e.png)  
&gt; is\_debug = true 编译选项会设置 DCHECK 宏, 它负责一些简单的安全检查, 如判断数组是否越界. 而题目往往编译的 release 版本, 如果在利用中有这种行为, 不会有什么影响. 但是用 debug 版本调试时会直接 assert. 不幸的是没有选项能够取消设置 DCHECK. 如果还需要在 debug 版本下调试以获得良好体验的话, 可以手动 patch 一下. 在 src/base/logging.h 中找到 DCHECK 定义的地方:

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-b8225a7d9c5493e73650dc733d0f9c809a5cc791.png)

turbolizer使用
============

```javascript
function add(x, y) {
  return x + y;
}

for (let i = 0; i &lt; 10000; i++) {
  add(i, i + 1);
}

%OptimizeFunctionOnNextCall(add);
console.log(add(1, 2));
```

```bash
./d8 exp.js --allow-natives-syntax --trace-turbo

```

- --trace-turbo：  
    这是一个 V8 标志，用于启用 TurboFan（V8 的优化编译器）的跟踪功能。  
    它会生成详细的优化过程信息，包括中间表示（IR）图和各种优化阶段。
- --trace-turbo-path=/path/to/output：  
    这个标志指定了 Turbo 跟踪输出的路径。  
    /path/to/output 应该替换为你想保存输出文件的实际路径。  
    输出通常是一个 JSON 文件，包含了优化过程的详细信息。
- your\_script.js：  
    这是你要运行和分析的 JavaScript 文件的名称。  
    d8 将执行这个文件，同时生成优化跟踪信息。

1. d8 加载并执行 your\_script.js。
2. 在执行过程中，V8 引擎会对代码进行优化。
3. 由于启用了 --trace-turbo，V8 会记录优化过程中的各个阶段。
4. 这些记录会被保存到 --trace-turbo-path 指定的路径中。
5. 生成的 JSON 文件可以用 Turbolizer 工具来可视化和分析。

之后本地就会生成turbo.cfg和turbo-xxx-xx.json文件

然后启动服务提交json文件

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-2bf6909cc4b9b55c4881f1e018021e79b066748e.png)

更多优化标志

```bash
--trace-opt 打印编译优化信息
--trace-deopt
--print-opt-code
```

结构
==

数组 Array
========

数组是JS最常用的class之一，它可以存放任意类型的js object。  
有一个 length 属性，可以通过下标来线性访问它的每一个元素。  
有许多可以修改元素的接口。  
当元素为object时，只保留指针。

Array 示例:

```javascript
// 创建一个数组
let fruits = ['apple', 'banana', 'orange'];

// 使用下标访问元素
console.log(fruits[1]); // 输出: 'banana'

// 使用length属性
console.log(fruits.length); // 输出: 3

// 修改元素
fruits[1] = 'grape';
console.log(fruits); // 输出: ['apple', 'grape', 'orange']

// 添加元素
fruits.push('mango');
console.log(fruits); // 输出: ['apple', 'grape', 'orange', 'mango']

// 数组可以包含不同类型的元素
let mixed = [1, 'two', {name: 'three'}, [4, 5]];
console.log(mixed); // 输出: [1, 'two', {name: 'three'}, [4, 5]]
```

Array的基本用法，包括创建、访问、修改、添加元素，以及数组可以包含不同类型的元素。

- Array是JavaScript中最常用的数据结构，可以存储任意类型的数据，并提供了许多便利的方法。 ArrayBuffer
    ===========
    
    ArrayBuffer 对象用来表示通用的、固定长度的原始二进制数据缓冲区。ArrayBuffer 不能直接操作，而是要通过类型数组对象或 DataView 对象来操作，它们会将缓冲区中的数据表示为特定的格式，并通过这些格式来读写缓冲区的内容。

ArrayBuffer 示例:

```javascript
// 创建一个16字节的ArrayBuffer
let buffer = new ArrayBuffer(16); //返回值：一个指定大小的 ArrayBuffer 对象，其内容被初始化为 0 。

console.log(buffer.byteLength); // 输出: 16

// 创建一个视图来操作这个buffer
let int32View = new Int32Array(buffer);

// 写入数据
int32View[0] = 123456;

console.log(int32View); // 输出: Int32Array [123456, 0, 0, 0]
```

创建了一个16字节的ArrayBuffer，然后使用Int32Array视图来操作它。ArrayBuffer本身不能直接操作，需要通过类型化数组或DataView来访问。

- ArrayBuffer代表一段原始的二进制数据缓冲区，但不能直接操作。 DataView
    ========
    
    DataView 是一个可以从 ArrayBuffer 对象中读写多种数值类型的底层接口，使用它时，不用考虑不同平台的字节序问题。

DataView 示例:

```javascript
// 创建一个8字节的ArrayBuffer
let buffer = new ArrayBuffer(8);

// 创建一个DataView来操作这个buffer
let dataView = new DataView(buffer);

// 写入不同类型的数据
dataView.setInt16(0, 12345); // 在偏移0处写入一个16位整数
dataView.setFloat32(2, 3.1415); // 在偏移2处写入一个32位浮点数

// 读取数据
console.log(dataView.getInt16(0)); // 输出: 12345
console.log(dataView.getFloat32(2)); // 输出: 3.1415927410125732

// 使用不同的字节序读取数据
console.log(dataView.getInt16(0, true)); // 输出: -12851 (使用小端字节序读取)
```

创建了一个DataView来操作ArrayBuffer。DataView允许以不同的数据类型和字节序来读写数据，这在处理二进制数据时非常有用，特别是在需要处理跨平台数据时。

- DataView提供了一个灵活的接口来读写ArrayBuffer中的数据，可以指定数据类型和字节序。

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-dc3cbc42975408815c8c3a191cc6c0edef59a18e.png)

WASM
====

- 最重要的特点：可以在 Javascript Engine 的地址空间中导入一块可读可写可执行的内存页。

```javascript
// 定义一个 Uint8Array,包含 WebAssembly 模块的二进制代码
let wasm_code = new Uint8Array([
    0, 97, 115, 109,  // 魔数 "\0asm"
    1, 0, 0, 0,       // 版本 1
    // ... 其他字节码 ...
]);

// 创建 WebAssembly 模块实例
let wasm_mod = new WebAssembly.Instance(
    new WebAssembly.Module(wasm_code),  // 从二进制代码创建模块
    {}  // 空导入对象
);

// 获取导出的 'main' 函数
let f = wasm_mod.exports.main;

// 触发系统断点,用于调试
%SystemBreak();
```

你可以通过调用 `f()` 来执行这个函数并获得结果。

JSObject结构
==========

Object 的本质是一组有序的 属性property, 类似于有序字典, 即键值对有序集合. 键可以是非负整数, 也可以是字符串. 键为数字的属性称为 编号属性numbered property, 为字符串的称为 命名属性named property. 比如一个 object = {'x': 5, 1: 6};. 引用这个属性可以用 . 或者 \[\], 如 object.x, object\[1\]. 每个属性都有一系列 属性特性property attributes, 它描述了属性的状态, 比如 object.x 的值, 它是否可写, 可枚举等等.

每当创建一个对象时, V8 会在堆上分配一个 JSObject (C++ class), 来表示这个对象:

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-dc59c8eb6f69047b931ad76e67a4ced335332bbe.png)

- Map: 这是一个指向 HiddenClass 的指针。HiddenClass 是一个用来表示对象形状的内部数据结构。它保存了对象的属性名称、类型、布局等信息。
- Properties: 指向包含 命名属性 的对象的指针（这是一个指向另一个对象的指针,用来存储动态添加的命名属性）
- Elements: 指向包含 编号属性 的对象的指针
- In-Object Properties: 指向对象初始化时定义的 命名属性 的指针（这是一个指向存储初始化时定义的命名属性的内存区域）

Map 是用来确定一个 Object 的形状的, Proerties 和 Elements 都是 Object 中的属性. Properties 和 Elements 独立存储, 为两个 FixedArray (V8 定义的 C++ class), 编号属性一般也叫 元素Element, 他是可以用整数下标来访问的, 一般也就存储在连续的空间中. 而由于动态的原因, 命名属性难以使用固定的下标进行检索. V8 使用 Map Transition 的机制来动态表示命名属性

```javascript
const obj = {
  name: "John",
  age: 30,
  hobbies: ["reading", "swimming"],
  1:111
};
obj.city = "New York";
%DebugPrint(obj);
%SystemBreak();
```

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-c66a871051559a49270c9e9cdb5f1aa07bbc5882.png)

Hidden Class
------------

Hidden Class 也被称作 Object Map，简称 Map。位于 V8 Object 的第一个 8 字节。  
任何由 v8 gc 管理的 Js Object ，它的前 8 个字节（或者在 32 位上是前四个字节）都是⼀个指向 Map 的指针。  
Map 中比较重要的字段是一个指向 DescriptorArray 的指针，里面包含有关name properties的信息，例如属性名和存储属性值的位置。  
具有相同 Map 的两个 JS object ，就代表具有相同的类型（即具有以相同顺序命名的相同属性），比较 Map 的地址即可确定类型是否⼀致，同理，替换掉 Map 就可以进行类型混淆。

- 第三个字段 bit field 3: (以某些位) 存储了属性的数量.
- Descriptor Array Pointer: 指向 描述数组Descriptor Array 的指针, 描述数组包含命名属性的信息, 如名称, 存储位置偏移等. 这里的偏移指的是值在 properties 数组的哪一个位置
- Transition Array Pointer: 指向 Transition Array 的指针. 它相当于转换树上, 这个 Map 链接的边的集合
- back pointer: 指向转换树父亲节点 Map 的指针 (改字段与 construtor 复用, 因为根没有父亲).

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-1114959ff3ba00b654d26ad1271c513ec732a0ca.png)  
V8 有两种方式来存储 命名属性, 对应了两种动态维护 Object 方式. 一种叫 快速属性Fast Properties, 一种叫 慢速属性Slow Properties 或 字典模式Dictionary Mode.

命名属性-快速属性Fast Properties
------------------------

快速属性分两种, 一种是每个 Object 的 in-object properties（初始化时候的命名属性）, 直接访问, 非常快速, 但是没有动态支持. 另一种是存在 Map 的 Descriptor Array 中, 使用 Map Transition 来支持动态（新增会往里添加）, 也就是 JS 的 “基于原型继承”.

```javascript
function Car(make) {
  this.make = make;
}

let car1 = new Car("Toyota");
car1.model = "Corolla";

let car2 = new Car("Honda");
car2.model = "Civic";
car2.year = 2022;

let car3 = new Car("Ford");
car3.color = "Red";
```

现在，让我们看看 Map 的演变过程和形成的树形结构：

1. 初始状态：
    
    ```php
    Map0 (empty)
    ```
2. 添加 `make` 属性：
    
    ```php
    Map0 (empty)
     |
     v
    Map1 {make}
    ```
    
    
    - Transition Array: Map0 -&gt; Map1 (添加 "make")
    - back pointer: Map1 -&gt; Map0
3. 为 `car1` 添加 `model` 属性：
    
    ```php
    Map0 (empty)
     |
     v
    Map1 {make}
     |
     v
    Map2 {make, model}
    ```
    
    
    - Transition Array: Map1 -&gt; Map2 (添加 "model")
    - back pointer: Map2 -&gt; Map1
4. 为 `car2` 添加 `year` 属性：
    
    ```php
    Map0 (empty)
     |
     v
    Map1 {make}
     |
     v
    Map2 {make, model}
     |
     v
    Map3 {make, model, year}
    ```
    
    
    - Transition Array: Map2 -&gt; Map3 (添加 "year")
    - back pointer: Map3 -&gt; Map2
5. 为 `car3` 添加 `color` 属性：
    
    ```php
    Map0 (empty)
     |
     v
    Map1 {make}
    /  \
    v    v
    Map2 {make, model}     Map4 {make, color}
     |
     v
    Map3 {make, model, year}
    ```
    
    
    - Transition Array: Map1 -&gt; Map4 (添加 "color")
    - back pointer: Map4 -&gt; Map1

这个树形结构展示了：

1. 对象结构的演变历史：从空对象开始，逐步添加属性。
2. 共享结构：多个对象可以共享相同的 Map（例如，`car1` 和 `car2` 在添加 `model` 属性时共享 Map2）。
3. 分支：当不同对象添加不同属性时，会形成分支（例如，Map1 到 Map2 和 Map4 的分支）。
4. 快速属性查找：V8 可以快速遍历这个树来查找属性。
5. 内存效率：通过共享 Map 结构，减少了内存使用。

Transition Array 和 back pointer 的作用：

- Transition Array：允许 V8 快速找到添加新属性后应该使用的 Map。
- back pointer：允许 V8 回溯对象的结构历史，有助于原型链查找和优化。

每次新增命名属性时, 都会基于原来的 Hidden Class 做 转换Transition, 即新建一个 Hidden Class, 并维护信息, 同时维护两条有向边 (Transition Array 里向前一条, back pointer 向后一条), 组成一个树形结构.

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-7a9e257470cd20e818932e0367aa76813d5c8384.png)  
Map Transition机制可以来动态表示命名属性  
在添加命名属性的时候, 除了 Map 会做变换, 其中的 Discriptor Array 也会更新, 但不是每个 Map 都有独立的 Discriptor Array, 因为他们一定程度上可以复用来节省空间.

```javascript
function Peak(name, height, extra) {
  this.name = name;
  this.height = height;
  if (isNaN(extra)) {
    this.experience = extra;
  } else {
    this.prominence = extra;
  }
}

m1 = new Peak("Matterhorn", 4478, 1040);
m2 = new Peak("Wendelstein", 1838, "good");

m2.cost = "one arm, one leg";

```

在动态添加的过程中, 如果我们看进入 if 的那个分支, Peak 的结构 (属性名以及位置) 变化应该是这样的:

```javascript
Map0: {}
Map1: {name}
Map2: {name, height}
Map3: {name, height, experience}
```

可以发现每个 Map 重复的部分其实很多. 除了 Map0 (因为 {}) 外, 其他的 Map 共用一个 Descriptor Array, 为 {name, height, experience}, 而 Map1 的属性数量为 1, 它不使用后面两个属性; 同理 Map2 的属性数量为 2, 不使用最后一个. 这样就完成了复用.

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-96ef200f06e50b699f4e35b64b40c1f8670aefdd.png)

命名属性-慢速属性Slow Properties 或 字典模式Dictionary Mode
----------------------------------------------

当一个 Object 删除命名属性删的多了, 树形结构自然不好维护, 这时 V8 会转而使用类似字典的方法, 存储在 JSObject 的 Properties 中, 然后通过哈希来访问. 使用了字典模式后, Descriptor Array 指针就空了, 也不使用 Map Transition.  
![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-b03adf749cb23e007544582d5e2e40ac09366ddf.png)

这里的 value 直接就是值, 而不是偏移了.

```javascript
const obj = {
  a: 1,
  b: 2,
  c: 3,
  d: 4,
  e: 5,
  f: 6,
  g: 7,
  h: 8,
  i: 9,
  j: 10
};

for (let i = 0; i &lt; 5; i++) {
  delete obj.a;
  delete obj.b;
  delete obj.c;
  delete obj.d;
  delete obj.e;
}
```

当我们删除太多属性后,V8 引擎会发现维护 Map 和 Transition Array 的开销太大,于是会切换到使用字典模式来存储和访问对象属性。

在字典模式下,V8 会将对象的属性信息存储在 Properties 字段中,而不是使用 Descriptor Array。这个 Properties 字段是一个哈希表,可以高效地存储和访问动态添加或删除的属性。

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编号属性 (Elements)
---------------

1. **数组是 Object**:
    
    
    - JavaScript 数组本质上也是一种对象,它继承自 `Array.prototype`。
2. **连续内存存储**:
    
    
    - 由于数组通常是连续访问的,V8 引擎会将数组元素直接存储在连续的内存空间中,通过 `Elements` 字段进行索引。
3. **元素类型细分**:
    
    
    - V8 将数组元素类型细分为 `SMI_ELEMENTS`(小整数)、`DOUBLE_ELEMENTS`(浮点数)和 `ELEMENTS`(其他类型)。
    - 数组会维护一个统一的元素类型,比如 `[1, 2, 3]` 的类型为 `SMI_ELEMENTS`。
    - 如果数组中出现不同类型的元素,比如 `[1, 2.0, '3']`,那么数组的类型会转换为 `ELEMENTS`。这种转换是单向的,即使删除了所有非整数元素,数组也不会转回 `DOUBLE_ELEMENTS`。
4. **Packed 和 Holey**:
    
    
    - V8 还区分数组是 `PACKED` 还是 `HOLEY`。
    - `PACKED` 表示数组中所有空间都被使用,而 `HOLEY` 表示有未定义的元素(空洞)。
    - 这种区分主要是为了优化内存使用。从 `PACKED` 到 `HOLEY` 也是一个单向转换。
5. **快速模式和慢速模式**:
    
    
    - 一般情况下,V8 会使用快速模式,即数组元素存储在连续的内存空间中。
    - 如果数组非常稀疏,V8 会切换到慢速模式,使用一个字典来索引数组元素。
6. **属性记录**:
    
    
    - 除了数组元素,数组本身也可以有命名属性,这些属性会存储在 `Properties` 字段中。
    - 对于这些命名属性,V8 会使用与普通对象相同的 Map 和 Descriptor Array 机制进行管理。

例子：

```javascript
// 初始状态：PACKED_SMI
let arr = [1, 2, 3];

%DebugPrint(arr);
%SystemBreak();
// 添加浮点数，转换为 PACKED_DOUBLE
arr.push(4.5);
%DebugPrint(arr);
%SystemBreak();
// 添加空洞，转换为 HOLEY_DOUBLE
arr[10] = 5;
%DebugPrint(arr);
%SystemBreak();
// 添加字符串，转换为 HOLEY_ELEMENTS
arr.push("hello");
%DebugPrint(arr);
%SystemBreak();
// 删除所有非SMI元素
arr.length = 3;
%DebugPrint(arr);
%SystemBreak();
// 尽管只包含SMI，但类型仍然是 HOLEY_ELEMENTS
console.log(arr); // [1, 2, 3]

// 创建一个非常稀疏的数组，可能触发慢速模式
let sparseArr = [];
sparseArr[1000000] = 1;

%DebugPrint(sparseArr);
%SystemBreak();
```

在这个例子中，我们可以看到数组 `arr` 经历了多次类型转换：

1. PACKED\_SMI -&gt; PACKED\_DOUBLE -&gt; HOLEY\_DOUBLE -&gt; HOLEY\_ELEMENTS

即使最后数组中只剩下小整数，它的类型仍然是 HOLEY\_ELEMENTS，这体现了类型转换的单向性。

最后的 `sparseArr` 是一个非常稀疏的数组，可能会触发 V8 的慢速模式，使用字典来存储元素而不是连续的内存空间。

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![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-5fefdc46a3d78caff665a6e3cce68caa30428790.png)

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-e3fe071315acc96d1ccf816bb09afb2e26abb900.png)

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-a62850a46b65da5bd3d501bdaad7122ec03cb58b.png)

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-4e5a0404bb0a4bd6754fafcdc7f01f0bd600b298.png)

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-079c4d2e909731b1552612405e7b65113d0f69fd.png)

常用类型结构
======

处理通用对象外，v8 还内置了一些常见类型。

在 v8 源码的 v8/src/objects/objects.h 中有对 v8 各种类型之间继承关系的描述。

Smi
---

V8 的地址分配是对齐字长的, 所以指针的后两位是 0, 可以在这里做标记. 如果最低位为 0, 则表示这是一个 SMI. 所以在 32 架构位下, 一个 SMI 是 31 位的, 存储在高 31 位中, 最低位是 0, 表现在内存中就好像给实际值乘以了一个 2.

```bash
                        |----- 32 bits -----|

Smi:                    |___int31_value____0|
```

在 64 位架构下, 早期版本的 V8 (应该是 2020 之前), SMI 在内存中会长这样:

```bash
            |----- 32 bits -----|----- 32 bits -----|
Smi:        |____int32_value____|0000000000000000000|

```

指针
--

最低位为 1 表示这是一个指针而不是 SMI, 倒数第二低位标记强弱引用;

```bash
                        |----- 32 bits -----|
Pointer:                |_____address_____w1|
```

在 64 位架构下, 早期版本的 V8 (应该是 2020 之前), 指针在内存中会长这样:

```bash
            |----- 32 bits -----|----- 32 bits -----|
Pointer:    |________________address______________w1|
```

浮点数
---

浮点数是 64 位的, 在 32 位架构下需要封装成一个 “对象”, 存的时候用的是地址.  
浮点数可以不必全封装起来, 对于只由浮点数组成的数组如 FixedDoubleArray, 可以只存储浮点数. 一旦对象形状发生了变化, 需要存一个地址, 这时才将浮点数封装.

假设在 32 位架构下,我们有一个只包含浮点数的数组 `[1.2, 3.4, 5.6]`。

在这种情况下,JavaScript 引擎可以使用一种称为 **FixedDoubleArray** 的特殊表示方式来存储这个数组,而不需要将每个浮点数都封装成一个完整的对象。

FixedDoubleArray 的内部结构如下:

```php
+---------------+
| length (32bit)|
+---------------+
| data (64bit x 3) |
| 1.2 | 3.4 | 5.6 |
+---------------+
```

如图所示,FixedDoubleArray 首先存储了数组的长度,然后直接存储了三个 64 位的浮点数值,没有使用任何指针或对象包装。

这种表示方式可以大大节省内存空间和访问时间,因为不需要为每个浮点数创建一个完整的对象。

但是,如果数组中出现了非浮点数元素,或者数组的形状发生了变化,那么引擎就需要将数组转换为一般的 JSArray 对象,并为每个元素都分配一个 HeapObject 指针。

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-b16b6068b347a33cd8dddbb56efcc9b5e13336db.png)

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-3422690f60d1475f4cc93fa06f88f24d0c455cda.png)

指针压缩
====

显然无论是地址还是 SMI, 都有空余的空间没有使用.

较新版本的 V8 把堆空间安排在一个连续的 4 GB 区域中, 然后把堆的基址存在根寄存器 (r13) 中. 这样用一个 32 位的偏移就可以找到实际的地址. 所以指针只需要存储 32 位的偏移即可.

```bash
                    |----- 32 bits -----|----- 32 bits -----|
Compressed pointer:                     |______offset_____w1|
Compressed Smi:                         |____int31_value___0|
```

这样指针和 SMI 都存在 32 位的空间中, 减少了内存的使用. 同时这里 SMI 也回到了 32 位架构下的表示方式, 高 31 位有效, 最低位为 0.

函数调用栈
=====

![图片.png](https://shs3.b.qianxin.com/attack_forum/2024/09/attach-253a06349ac133e4516553cc8d860b7c43835f66.png)

1. 新版栈帧结构(从底到顶):
    
    
    - 函数参数(按顺序压入)
    - 参数个数(Argc)
    - 返回地址
    - 上一个栈帧指针
    - JSFunction对象指针(当前函数的闭包)
    - Context上下文指针
    - BytecodeArray函数字节码指针
    - BytecodeOffset(当前执行到的字节码偏移量)
    - 局部变量("寄存器",初始化为Undefined)
2. 旧版栈帧结构类似,但参数压入顺序相反,且没有Argc。
3. 主要区别:
    
    
    - 新版改变了参数压入顺序,并添加了Argc
    - 旧版在处理参数不匹配时需要额外的适配器帧,新版不需要
4. JSFunction、Context、BytecodeArray都是指向C++对象的指针:
    
    
    - JSFunction: 表示当前函数对象
    - Context: 执行上下文
    - BytecodeArray: 包含字节码、常量池等信息
5. 局部变量区就是VM中所说的"寄存器",分配在栈上

实例
--

假设我们有以下JavaScript代码:

```javascript
function greet(name) {
    let greeting = "Hello, ";
    return greeting + name + "!";
}

greet("Alice");
```

当这个函数被调用时,V8会创建一个新的栈帧。让我们逐步分析这个栈帧的结构:

1. 参数和基本信息:
    
    
    - 参数 "Alice" 被压入栈
    - Argc (参数数量) = 1
    - 返回地址 (调用greet后应该返回的地址)
    - 上一个栈帧指针
2. JSFunction指针:  
    这指向表示greet函数的C++对象。这个对象包含了函数的基本信息,如名称、参数数量等。
3. Context指针:  
    这指向当前的执行上下文。在这个例子中,它可能包含全局作用域的信息。
4. BytecodeArray指针:  
    这指向包含greet函数字节码的数组。比如:
    
    
    - 创建 "Hello, " 字符串
    - 加载参数 name
    - 字符串拼接操作
    - 返回结果
5. BytecodeOffset:  
    初始值为0,表示从字节码的开始处执行。
6. 局部变量 ("寄存器"):
    
    
    - 为greeting分配空间,初始化为Undefined
    - 可能还有其他临时变量的空间

执行过程:

1. VM读取字节码,创建 "Hello, " 字符串并存储在greeting中。
2. 加载name参数 ("Alice")。
3. 执行字符串拼接操作。
4. 将结果压入栈顶作为返回值。

这个结构允许VM:

- 快速访问局部变量(直接通过栈偏移)
- 方便地管理函数调用和返回
- 高效地执行字节码(通过BytecodeArray和BytecodeOffset)
- 维护正确的执行上下文(通过Context)

发表于 2024-10-14 10:00:01
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分类：浏览器安全

Chrome v8 pwn 前置

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