CVE-2020-1054分析

Posted 2021-09-12 你的小甜欣.~

CVE-2020-1054研究

 

背景

CVE-2020-1054是存在于win32k.sys内核模块中的一个oob漏洞，成功利用可以导致权限提升。

原exp为rust语言所写，在分析中发现该exp并不能成功执行，在分析漏洞后感觉该漏洞利用的成功率较高，因此我决定用C语言重写该exp

原exp地址

https://github.com/0xeb-bp/cve-2020-1054

 

漏洞分析

寻找触发点

蓝屏的POC如下非常简单

int main(int argc, char *argv[])
{
    LoadLibrary("user32.dll");
    HDC r0 = CreateCompatibleDC(0x0);
    // CPR's original crash code called CreateCompatibleBitmap as follows
    // HBITMAP r1 = CreateCompatibleBitmap(r0, 0x9f42, 0xa);
    // however all following calculations/reversing in this blog will
    // generally use the below call, unless stated otherwise
    // this only matters if you happen to be following along with WinDbg
    HBITMAP r1 = CreateCompatibleBitmap(r0, 0x51500, 0x100);
    SelectObject(r0, r1);
    DrawIconEx(r0, 0x0, 0x0, 0x30000010003, 0x0, 0xfffffffffebffffc,
        0x0, 0x0, 0x6);
 
    return 0;
}

通过栈回溯，可以找到触发崩溃的地址为vStrWrite01+0x36a

0: kd> k
 # Child-SP          RetAddr           Call Site
00 fffff880`02bc6bd0 fffff960`0011fce6 win32k!vStrWrite01+0x36a
01 fffff880`02bc6c80 fffff960`00121dd7 win32k!EngStretchBltNew+0x164a
02 fffff880`02bc7210 fffff960`0026914e win32k!EngStretchBlt+0x797
03 fffff880`02bc7340 fffff960`00266b33 win32k!EngStretchBltROP+0x5fe
04 fffff880`02bc7470 fffff960`0026613f win32k!BLTRECORD::bStretch+0x623
05 fffff880`02bc75c0 fffff960`0017d06f win32k!GreStretchBltInternal+0xa37
06 fffff880`02bc7860 fffff960`0017d485 win32k!BltIcon+0x18f
07 fffff880`02bc7910 fffff960`0015693d win32k!DrawIconEx+0x3b1
08 fffff880`02bc79f0 fffff800`03ecee53 win32k!NtUserDrawIconEx+0x14d
09 fffff880`02bc7a70 00000000`74e203da nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x13
0a 00000000`001ddb08 00000000`74dff2e0 0x74e203da
0b 00000000`001ddb10 00000000`00000000 0x74dff2e0
0: kd> r
rax=fffff900c3c00000 rbx=0000000000000000 rcx=fffff906c3c00238
rdx=fffff900c0790430 rsi=fffff900c07903a0 rdi=fffff900c07903a8
rip=fffff9600012218a rsp=fffff88002bc6bd0 rbp=0000000000000000
 r8=0000000000000020  r9=fffff96000080000 r10=fffff88002bc6c30
r11=0000000000000000 r12=0000000000000001 r13=0000000000000001
r14=fffff906c3c00238 r15=0000000000000000
iopl=0         nv up ei ng nz na po cy
cs=0010  ss=0018  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000287
win32k!vStrWrite01+0x36a:
fffff960`0012218a 418b36          mov     esi,dword ptr [r14] ds:002b:fffff906`c3c00238=????????

在对该函数进行逆向后，下面为该函数部分逆向截图，崩溃处有标注

 在崩溃处取值给了tmp,往下继续看，tmp是机会跟某些值进行and 或者是 or运算，且最终有机会赋值给自身，如果可以控制越界地址，则有可能实现任意内存破坏

控制oob地址

oobTarget公式计算

该地址在循环内，相对于其他漏洞略为复杂。

经过分析计算越界地址如下（其中pSurface为第三个参数，pStrrun为第一个参数）:

oobTarget= pSurface->mySURFOBJ->pvScan0 + pStrrun->yPos pSurface->mySURFOBJ->lDelta + 4 (pStrrun->xrl->xPos >> 5);

在进入循环前下述result为固定值

offset = pStrrun_yPos * refpSurface->SurfObj.lDelta;

result = refpSurface->SurfObj.pvScan0 + offset;

因此可以越界地址可以描述为：

oobTarget= result + 4 * (pStrrun->xrl->xPos >> 5);

如下图椭圆圈内，在进入循环后result 每次增加refpSurface->SurfObj.lDelta大小

oobTarget= result + 4 (pStrrun->xrl->xPos >> 5)+refpSurface->SurfObj.lDeltaloopCount;

在本公式中，我们需要确定的值有 pStrrun->yPos，pStrrun->xrl->xPos，refpSurface->SurfObj.lDelta以及循环次数loopCount

本人没有像原exp作者一样的fuzz算力，因此采用比较笨，但是比较实用的方法（栈回溯），推算yPos的计算公式

过程较为复杂，有兴趣的要有耐心慢慢分析（篇幅问题，在此处可能说的不详细）

为了方便读者理解，依旧采取函数执行流程进行讲解（算法的逆向其实是倒着来的，还是栈回溯）

oobTarget动态验证

pStrrun->yPos

触发漏洞的顶层函数

DrawIconEx(exploit_dc, 0x900, 0xb, (HICON)0x40000010003, 0x0, 0xffe00000, 0x0, 0x0, 0x1);

yPos由arg3(0xb),以及arg6(0xffe00000)影响

第一次运算位置为GreStretchBltInternal+0x95e处

可以看到这里将arg3与arg6相加

yPos=arg3+arg6

运算后在函数bStretch-->vOrderStupid中有层检验，此处算法为

yPos=arg3+arg6+1

第二次计算在EngStretchBltNew-->vInitStrDDA函数中

yPos=P.rcx.yBottom=arg3+arg6+1+v30，v30也可用arg3和arg6表示

至此，只需要对下述算法进行还原，即可确定yPos的地址

这里的逆向比较有意思，有兴趣的小伙伴可以跟一下

我将其还原为C代码，如下

可能不完全，该函数逻辑判断较多

算法验证

pStrrun->xrl->xPos

pStrrun->xrl->xPos的值比较简单，直接就是arg2

refpSurface->SurfObj.lDelta

refpSurface为vStrWrite01第3个参数，其类型为SURFACE,下图为reactos项目中对该结构体的具体定义

 现在我们来回顾一下SurfObj对象 ，其结构如下

在windbg中我们可以看到SurfObj相关字段的含义，其中我们比较关注的是cx,cy,lDelta

通过计算可以得到refpSurface->SurfObj.lDelta= cx / 8

其中cx为CreateCompatibleBitmap(exploit_dc, 0x51500, 0x100)中的第二个参数

loopCount

loopCount==pStrrun_cRep

在分析pStrrun->yPos时其实已经解决了这个值

这个值为quotient_count由agr3和arg6影响

quotient_count=((arg3 + 1 - (arg6 + arg3 + 1))/ 0x20);

这与原作者写的ptyhon脚本算法不一样，我用原作者的测试好像不是很准确，不知道是不是有什么误解

控制offset

在漏洞触发过程中漏洞函数是被调用了两次，如下图yPos还会随之而改变，但是问题不大，每次增加pStrrun->cRep大小

现在确定了所有的参数关系，理论上可以控制oobtarget

oobTarget= pSurface->mySURFOBJ->pvScan0 + pStrrun->yPos pSurface->mySURFOBJ->lDelta + 4 (pStrrun->xrl->xPos >> 5);

我们参考pSurface结构体，可以看到pSurface->mySURFOBJ->pvScan0=dwExpBitmapObj+0x238

oobTarget= dwExpBitmapObj+0x238 + pStrrun->yPos pSurface->mySURFOBJ->lDelta + 4 (pStrrun->xrl->xPos >> 5);

也就是说我们的oobtarget不能随意控制，但是确可以基于dwExpBitmapObj进行一个偏移

原exp中选用的偏移为0x100000000

通过这个偏移我我们可以求得DrawIconEx的各个参数（理论上不唯一）

利用过程

• 获取内核对象地址空间
• 计算oob地址
• 在oob地址处放一个bitmap对象
• 触发漏洞函数，修改bitmap对象的BitmapObj->SurfObj.sizlBitmap，使其越界读写
• 任意读写，替换token等操作

前面的文章对oob的地址计算已经叙述过了

通过上述文档，我们可以做到对相对于漏洞内核对象偏移0x100000000+0x358处进行内存破坏,进而在最后一次循环破坏0x100000000+0x70038处内容

在windows中bitamap内核对象的排布是连续的，如下图，如果在第二个红框的位置坐落的是一个Biamap对象，那么利用起来就比较简单了

 通过布局使得大小为0x7000的bitmap对象在这个位置 

参考上述SurfObj内核对象的结构体，我们可以知道偏移为0x38处为BitmapObj->SurfObj.sizlBitmap，如果使其值破坏变成一个较大的数，那么该对象则可以实现越界读写

操纵该对象读写的函数分别为GetBitmapBits，SetBitmapBits

其所读的最大值如下

BitmapObj->SurfObj.sizlBitmap.cy (((BitmapObj->SurfObj.sizlBitmap.cx v14 + 0xF) >> 3) & 0x1FFFFFFE);

 破坏前，原始值为0x6f000

 破坏后，值为0xffffff3f

最后通过 替换tagWND.bServerSideWindowProc窗口过程函数，进行提权（方法很多，直接替换token,HookHal表都可以）

该漏洞利用的难点在于oobtarget在循环内部，算法过程相对复杂，需要有耐心

写在分析外

该漏洞内存破坏的时候与一张表有关系，这张表我没仔细研究，但是应该跟当前操作系统的主题等相关
如下:
代码没变，切换了系统的主题，也成功填充了，填充值为0xffffffff，通过之前提过的GetBitmapBits能读的最大值的算法计算，最大为0，所以并不能越界读写