深入分析ETW机制中的信息泄露漏洞-安全客

在本文中，我们将为读者详细介绍在研究ETW内部运行机制过程中发现的一个信息泄露漏洞：利用该漏洞，任何用户都能获得NonPaged池的大概位置。同时，我们还提供了相应的PoC。

ETW的工作原理

关于ETW通知机制，人们通常都有一个很大的误解，那就是它们都是异步的。当然，对于大多数ETW通知来说，它们确实是异步的。然而，在上一篇文章中，我们曾经介绍了一个安全漏洞，这个漏洞就是对ETWP_NOTIFICATION_HEADER结构体中ReplyRequested字段的处理不当所致。这个字段的存在，意味着我们可以响应一个ETW事件。但是从来没有人告诉过你可以响应ETW通知，那怎么可能呢？

正常情况下，ETW的工作方式与我们了解到的一样——所有的Windows provider都是如此，我可以找到的其他ETW provider也是如此。但是，当有人用ReplyRequested = 1通知ETW provider时，就会生成一个“秘密设置”。然后，正如我们在之前的文章中所看到的，通知会被添加到响应队列中，并等待响应。记住，任何时刻队列中只能有4个的通知在等待响应。当这种情况发生时，为该provider注册的任何进程都会收到其注册回调的通知，并有机会使用EtwReplyNotification响应该通知。当有代码响应该通知时，原来的通知会从队列中移除，而响应通知会被添加到响应队列中。

到目前为止，我见过的唯一会向通知发送响应的情况是：在启用GUID后立即向通知发送响应——sechost!EnableTraceEx2 (这是注册provider和启用跟踪的标准方式)会调用ntdll!EtwSendNotification函数，其中EnableNotificationPacket->DataBlockHeader.ReplyRequested被设置为1。这将创建一个EtwRegistration对象，所以，在返回Sechost之前，Ntdll立即将NotificationHeader->NotificationType设置为EtwNotificationTypeNoReply来响应该通知，只以便将其从通知队列中删除。

具体来说，在这种情况下，发生了一些更复杂的事情。尽管Ntdll启用了GUID，但它并不是注册实例的“所有者”，因此没有注册的回调（因为这属于注册provider的代码）。然而，Ntdll仍然需要知道内核何时启用provider，以便将响应通知插入队列——它不能指望调用者知道需要进行这种处理。为此，它使用了一个技巧。

当EtwRegisterProvider函数被调用时，它会调用EtwpRegisterProvider函数。而这个函数第一次被调用时，它会调用EtwpRegisterTpNotificationOnce函数。

关于等待和线程池的内部细节这里就不多说了，简单地说，这个函数的作用是通过回调函数EtwpNotificationThread创建一个事件，然后调用NtTraceControl函数，其Operation值为27——这个值的具体含义，还没有公开的文档可查。从内核的角度来看，给这个值命名并不太难：

我把这个操作命名为EtwAddNotificationEvent函数。

EtwpAddNotificationEvent是一个非常简单的函数：它接收一个事件句柄，抓取事件对象，并将当前进程EPROCESS中的EventDataSource->NotificationEvent设置为事件（如果这是一个WoW64进程，则为NotificationEventWow64）。由于这个字段是一个指针，而不是一个列表，所以，一次只能包含一个事件。如果这个字段没有设置为0，那么该值就不会被设置，调用者将收到STATUS_ALREADY_REGISTERED作为响应状态。

然后，在EtwpQueueNotification中，当一个通知被添加至进程的通知队列中后，会立即发送该事件的信号：

向事件发送信号会导致EtwpNotificationCallback函数被调用，因为它被注册为等待这个事件，所以从某种意义上讲，它是一个ETW通知回调函数，每当进程收到ETW通知时，就会通知它。然而，这个函数并不是一个真正的ETW通知回调函数，所以它无法接收通知并作为其参数，因此，它必须以某种方式设法获取通知才能对其进行响应。幸运的是，它有一个方法可以做到这一点。

EtwpNotificationThread做的第一件事，就是再次调用NtTraceEvent，这次的操作编号为16，对应于EtwReceiveNotification。这个操作会导致调用EtwpReceiveNotification，它为进程选择排在最前面的通知（并匹配进程的WoW64状态）并将其返回。这个操作不需要输入参数——它只是返回排在最前面的通知。这就为EtwpNotificationThread提供了它所需要的所有信息，使它能够安静地响应排在最后面的通知，而不会打扰不知情的调用者，后者只是要求它注册一个provider。在回复之后，该事件又被设置为等待状态，以等待下一个通知的到来。

上面，我们已经介绍了足够的背景知识，下面我们开始考察信息泄露漏洞本身。

信息泄露

这个安全问题其实位于上面讨论的最后一部分，即返回排在最后面的通知的过程中。上一篇文章中说过，当一个GUID收到通知，并且通知头部的ReplyRequested == 1时，这就会导致创建一个内核对象，这个对象会被放在通知的ReplyObject字段中，随后被放入通知队列中。而这个结构体与EtwReceiveNotification操作中使用NtTraceControl可以检索到的结构体是一样的……这是否意味着我们通过适当的参数调用NtTraceControl就可以得到一个被释放的内核指针呢？

事实上并非如此。准确地说，通过这种方式得到的只能算是“半个”内核指针。微软并没有完全忽视这样一个事实，即将内核指针重新返回给用户模式调用者是一个坏主意，尽管在其他许多情况下他们就是这么做的。ETWP_NOTIFICATION_HEADER中的ReplyObject字段与ReplyHandle和RegIndex处于同一个联合体中。而在将数据复制到用户模式缓冲区后，他们将设置RegIndex的值，这将覆盖处于同一联合体中的内核指针：

这段代码唯一没有考虑到的事情，就是ReplyObject和RegIndex的类型是不一样的：ReplyObejct是指针类型(在x64上占用8个字节)，而RegIndex是ULONG类型（在x64上占用4个字节）。所以，设置RegIndex只是删除指针的后半部分，留下的前半部分将会返回给调用者。

触发这个过程并非难事，具体包括三个步骤：

注册一个provider。
将ReplyObject为内核对象的通知插入队列——为此，可以调用NtTraceControl函数，其中，operation == EtwSendDataBlock，而ReplyRequested == TRUE。
调用函数NtTraceControl，其中operation == EtwReceiveNotification，这样就能得到“半个”内核指针。

的确，内核地址的前半部分提供的信息并不是很多，但它仍然可以让调用者更好地猜测NonPagedPool（那些对象的分配位置）的位置。事实上，由于NonPagedPool的大小是16TB（或0x100000000000字节），因此，这个漏洞能告诉我们NonPaged池的确切位置，我们可以在调试器中进行验证：

!vm 21

...

System RegionBase AddressNumberOfBytes

SecureNonPagedPool: ffff8380000000008000000000

KernelShadowStacks: ffff8880000000008000000000

PagedPool: ffff8a0000000000100000000000

NonPagedPool: ffff9d0000000000100000000000

SystemCache: ffffb00000000000100000000000

SystemPtes: ffffc40000000000100000000000

UltraZero: ffffd40000000000100000000000

Session: ffffe400000000008000000000

PfnDatabase: ffffe78000000000c8000000000

PageTables: fffff400000000008000000000

SystemImages: fffff800000000008000000000

Cfg: fffffaf0ea2331d028000000000

HyperSpace: fffffd000000000010000000000

KernelStacks: fffffe000000000010000000000

实际上，这个漏洞可以被任何用户触发，包括Low IL和AppContainer；由于大多数经典的信息泄露都已经不起作用了，因此，这个漏洞也许能提供一些帮助，即使是有限的帮助。

我相信，当这段代码被引入时，它是完全安全的——这些领域的代码是相当古老的，而且鲜有改变。这段代码可能是在x64之前引入的，当时指针的大小和ULONG的大小是一样的，所以设置RegIndex确实会覆盖整个对象地址。当x64改变了指针的大小后，这段代码就被遗留了下来，但是一直没有做出相应的更新，所以就出现了这个漏洞。