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內(nèi)核地址泄漏

在絕大多數(shù)漏洞利用中，攻擊者使用內(nèi)核指針泄漏原語來調(diào)整漏洞利用。在除CVE-2019-1458之外的所有漏洞利用中，此泄漏原語都是眾所周知的HMValidateHandle技術(shù)。

HMValidateHandle()是user32.dll的內(nèi)部未導出函數(shù)，可通過isMenu()等各種函數(shù)加以利用，并且可用于獲取所有Windows版本(直到Windows10RS4)中不同Window對象的內(nèi)核地址。這項技術(shù)是眾所周知的，甚至早在2011年就已使用，因此大多數(shù)開發(fā)教程都選擇專門解析isMenu()來查找HMValidateHandle()的地址。

令人驚訝的是，在可用于查找HMValidateHandle()的數(shù)十種不同函數(shù)中，攻擊者只是按照眾所周知的教程選擇了也使用isMenu()。更令人驚訝的是，這種常見的利用技術(shù)多年來仍然很有效，沒有激勵攻擊者通過選擇更先進的諸如CheckMenuRadioItem()來嘗試“隱藏”。

該泄漏為研究人員提供了以下痕跡信息：

• 窗口的內(nèi)核地址;
• THREAD_INFO的內(nèi)核地址(pti字段);

在利用過程中的多個步驟中將使用此痕跡信息：

• 在指向/創(chuàng)建偽內(nèi)核結(jié)構(gòu)時使用地址;
• 確保研究人員的內(nèi)核地址是有效的Unicode字符串(不包含兩個連續(xù)的“\x00”字節(jié));
• pti用于定位有效的EPROCESS，然后在令牌交換階段使用它;

與PlayBit的比較：PlayBit選擇通過直接訪問用戶模式桌面堆來實現(xiàn)此函數(shù)。

令牌互換

該攻擊的最終目標是根據(jù)給定的PID參數(shù)將系統(tǒng)特權(quán)授予所需的進程，按著常規(guī)的思路實現(xiàn)這一點的方法是用系統(tǒng)進程的令牌替換EPROCESS/KPROCESS結(jié)構(gòu)中的進程的令牌。

下面有一些常用的技術(shù)可以做到這一點，你會驚訝地發(fā)現(xiàn)有這么多不同的選項可以實現(xiàn)此函數(shù)。

使用Ps符號

Windows內(nèi)核包含以下函數(shù)和與進程相關(guān)的函數(shù)的全局變量：

• PsLookupProcessByProcessId：檢索指向進程的EPROCESS的指針;
• PsInitialSystemProcess：包含指向系統(tǒng)EPROCESS的指針的全局變量;
• PsReferencePrimaryToken–返回一個指向進程主要令牌的指針;

通過以內(nèi)核模式執(zhí)行這些函數(shù)，給定的shellcode可以輕松定位SYSTEM的令牌，但仍不能解決如何在所需的EPROCESS中分配令牌的問題。

有兩種常見的解決方案：

• 使用特定于版本的偏移量直接在EPROCESS中訪問正確的偏移量;
• 掃描EPROCESS以查找研究人員自己的指針(先前調(diào)用PsReferencePrimaryToken所知道的指針)，并在找到匹配項后替換該條目;

此技術(shù)需要以內(nèi)核模式執(zhí)行代碼，因此除非部署了其他SMEP繞過，否則它將被SMEP保護阻止。

掃描PsList

查找目標進程和系統(tǒng)進程的EPROCESS的常見替代方法是掃描被稱為PsList的雙鏈接進程列表，此技術(shù)涉及的步驟為：

• 使用泄漏的pti字段，定位初始EPROCESS;
• 掃描PsList以查找具有目標PID的EPROCESS;
• 通過查找PID為4或名稱為SYS來掃描PsList，以搜索SYSTEM的EPROCESS;
• 提取令牌并將其放置在目標進程中的匹配偏移量中;

謹慎更新SYSTEM令牌的引用計數(shù)。

Volodya漏洞利用Arbitrary-Read原語搜索SYS，如Cutter所示

這種技術(shù)需要PsList的主令牌和LIST_ENTRY的偏移量，基本上要求它們都作為版本特定配置的一部分進行存儲。

該技術(shù)的主要優(yōu)點是，盡管它仍可以在內(nèi)核模式下作為簡單的shellcode執(zhí)行，如在CVE-2017-0263的利用中所做的那樣)，但它也可以在用戶模式下完全實現(xiàn)。為此，你需要兩個利用原語，一個用于任意讀取(來自內(nèi)核空間)，另一個用于任意寫入(進入內(nèi)核空間)。在用戶模式下運行可以解決研究人員之前針對SMEP所詳述的問題，從而使這種保護對于這種利用原語毫無用處。

由于令牌是一個引用計數(shù)對象，因此正確注冊剛添加的引用非常重要，這樣可以避免在提升進程終止時出現(xiàn)藍屏死亡(BSOD)。實際上，有兩個不同的引用計數(shù)：

• 令牌是一個EX_FAST_REF對象，較低的指針位被用作引用計數(shù);
• OBJECT_HEADER存儲在令牌之前，并保留另一個引用計數(shù);

由于攻擊者選擇更新后一個引用計數(shù)字段，因此需要執(zhí)行以下步驟：

• 屏蔽掉令牌指針的引用計數(shù)位：在32位進程中應(yīng)對齊8個字節(jié)，在64位進程中應(yīng)對齊16個字節(jié)。
• 減去指向OBJECT_HEADER的引用計數(shù)字段所需的常量;
• 讀取值(使用任意讀取漏洞利用原語);
• 相應(yīng)地增加它;
• 回寫更新后的值;

但是，如圖9所示，研究人員在包含此函數(shù)的所有32位漏洞利用程序中發(fā)現(xiàn)了以下漏洞：

32位漏洞利用中的引用計數(shù)更新中實現(xiàn)的漏洞

讀取引用計數(shù)值時的對齊掩碼為8字節(jié)的對齊方式，而回寫更新后的值時使用不同的掩碼。如果令牌將存儲在對齊8個字節(jié)而不對齊16個字節(jié)的內(nèi)存地址中，則寫入操作將更新漏洞的字段。

盡管CVE-2016-0040和CVE-2016-0167使用Ps技術(shù)，但到目前為止，掃描PsList是研究人員發(fā)現(xiàn)的攻擊者最喜歡的執(zhí)行令牌交換的方式了，在他們的8種利用中都使用了這種方式。在其中的7個中，他們使用了用戶模式下的任意讀取和任意寫入。

與PlayBit的比較：在他們的所有示例中，研究人員會經(jīng)常看到PlayBit使用Ps函數(shù)進行令牌交換。這個決定迫使攻擊者采取了一些SMEP繞過措施，將它們集成到CVE-2016-7255和CVE-2018-8453的后續(xù)漏洞中。這種設(shè)計選擇說明了為什么攻擊者不愿意將適當?shù)娜我庾x取原語作為漏洞利用的一部分。PlayBit始終使用0x300或0x600作為搜索上限，不是對EPROCESS中的令牌偏移使用特定于版本的配置，而是始終掃描EPROCESS進行搜索。

值得注意的是，PlayBit在不同漏洞利用中使用的內(nèi)存損壞技術(shù)也被Duqu2.0使用，并在微軟于2015年發(fā)布的VB演講中進行了分析。通過這種內(nèi)存損壞，它們可以觸發(fā)一些內(nèi)存讀取/寫入操作。

PlayBit漏洞掃描EPROCESS以搜索令牌，如Cutter所示

盡管研究人員還可以從其他方面來討論這個問題，例如每個攻擊者在開發(fā)過程中喜歡使用的不同系統(tǒng)調(diào)用，對Windows和ScrollBars之類的已創(chuàng)建對象的命名約定。但研究人員相信上面的列表已經(jīng)清楚地證明了研究人員方法的效率或有效性。從上面的列表可以看出，幾乎每個漏洞的每個方面都可以通過幾種不同的方式實現(xiàn)。盡管如此，研究人員所發(fā)現(xiàn)的兩個攻擊者在各自使用的攻擊方法上都非常一致，每個人都堅持自己喜歡的方式。

在整個研究過程中，研究人員希望專注于漏洞編寫者本身，無論是Volodya，PlayBit還是其他人。但是，研究人員認為，通過查看漏洞利用開發(fā)者的客戶群，也有很多值得學習的東西。Volodya的客戶列表各不相同，包括Ursnif等銀行木馬開發(fā)者，GandCrab，Cerber和Magniber等勒索軟件開發(fā)者，以及Turla，APT28和Buhtrap等APT組織，這些組織最初從事網(wǎng)絡(luò)犯罪，后來都發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)間諜活動。有趣的是，研究人員可以看到Volodya的零日漏洞更有可能賣給PT組織，而一日漏洞是由多個犯罪軟件組織購買的。由于沒有更多的信息，研究人員只能假設(shè)一旦安全行業(yè)檢測到零日漏洞，該漏洞便被回收并以較低的價格出售。

APT的客戶Turla，APT28和Buhtrap都通常來自于俄羅斯，而且有趣的是，即使是這些高級團隊也購買了漏洞利用程序，而不是內(nèi)部開發(fā)。這些事實進一步加強了研究人員的假設(shè)，即書面漏洞(written exploit)利用可以被視為惡意軟件的被利用的前奏。

下表總結(jié)并顯示了來自于Volodya的CVE，以及使用這些漏洞發(fā)現(xiàn)的客戶或惡意軟件組。標有藍色的CVE為零日漏洞，自然更昂貴。左側(cè)突出顯示的組被視為APT。

Volodya的客戶和他們使用的CVE

綜上所述，研究人員在檢查了一段時間內(nèi)的漏洞樣本后發(fā)現(xiàn)，他們還不能討論還沒有發(fā)現(xiàn)的零日漏洞。此外，研究人員只能嘗試將示例的日期追溯到被捕獲之前的時期，但可悲的事實是，研究人員通常會確定在野外首次發(fā)現(xiàn)這種攻擊行為的日期。此外，值得一提的是，Volodya在開發(fā)CVE-2015-2546的第一個漏洞時，從一開始就已經(jīng)非常專業(yè)了。例如，它有一個唯一的任意編寫原語，研究人員無法跟蹤到任何其他漏洞利用指南。

在對漏洞利用程序進行分析以及對研究人員收集的數(shù)十個惡意軟件示例進行分析期間，研究人員注意到了一個有趣的變化。早期的Volodya漏洞是作為嵌入到惡意軟件中的源代碼出售的，而后期的漏洞利用程序則作為接受某個API的外部實用程序來出售，這種變化可能表明Volodya正在采取更多的反檢測措施。

在2015年至2019年的這段時間內(nèi)，研究人員還注意到Volodya的技術(shù)技能有了顯著改善。隨著該組織變得更好和更有經(jīng)驗，Volodya開始使用更有效的任意讀寫原語，他們甚至修復了這些原語之間的錯誤。

CVE-2015-2546和CVE-2016-0165，而且，隨著大型函數(shù)被拆分為較小的子例程，漏洞利用代碼變得更加模塊化。此外，他們在各種結(jié)構(gòu)中搜索和訪問特定偏移量的技術(shù)也得到了改進，并且在最近的實現(xiàn)中，它可以更好地處理Windows次要版本中的更改，因此變得更加動態(tài)和安全。

這不僅顯示了攻擊者的學習能力愈來愈強，也暗示了他們的技能也在提高。查找并可靠利用Windows內(nèi)核漏洞的能力確實不是那么簡單。相比之下，研究人員可以看到PlayBit在2015-2018年期間在這個市場上非常活躍，他們的重點是出售一日漏洞，其中之一是Volodya的零日漏洞(CVE-2016-7255)。

總結(jié)

研究人員的研究方法是對漏洞利用開發(fā)者的特征進行線索識別，然后再將這些特征用作唯一的搜索簽名。在追蹤Volodya和PlayBit的漏洞時，研究人員兩次使用了這項技術(shù)。有了這兩個成功的測試示例，研究人員相信該研究方法可用于搜索其他漏洞利用程序開發(fā)者。研究人員建議其他研究人員嘗試本文講的技術(shù)，并將其用作其武器庫中的其他工具。

在此研究過程中，研究人員重點研究了APT攻擊和流行的惡意軟件(尤其是勒索軟件)中不同惡意軟件家族所使用或嵌入的漏洞。

研究人員能夠反復使用研究人員的技術(shù)來跟蹤由兩個不同攻擊者編寫和出售的16種WindowsLPE漏洞，這一點非常令人驚訝。考慮到其中有15個是在2015-2019年的時間范圍內(nèi)，因此可以假設(shè)它們構(gòu)成了漏洞利用市場的重要份額，尤其是WindowsLPE漏洞。

最后，研究人員不可能知道Windows內(nèi)核零日漏洞的總量。話雖如此，研究人員仍然可以通過回顧所捕獲的漏洞窺一斑而知全豹。去年，卡巴斯基報告，有一個攻擊者傳播了一個漏洞利用框架，其中包括另外3個零日漏洞。將這些數(shù)字加起來，研究人員發(fā)現(xiàn)15個零日漏洞中有8個(占“市場份額”的一半以上)僅來自于兩個開發(fā)團隊。這意味著研究人員的研究技術(shù)有可能被用來追蹤可見市場中的許多攻擊者。

本文翻譯自：https://research.checkpoint.com/2020/graphology-of-an-exploit-volodya/