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异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

原创作者:tombkeeper

内存的读、写、执行属性是系统安全最重要的机制之一。通常,如果要改写内存中的数据,必须先确保这块内存具有可写属性,如果要执行一块内存中的代码,必须先确保这块内存具有可执行属性,否则就会引发异常。然而,Windows系统的异常处理流程中存在一些小小的特例,借助这些特例,就可以知其不可写而写,知其不可执行而执行。

0×01 直接改写只读内存

我在CanSecWest 2014的演讲《ROPs are for the 99%》中介绍了一种有趣的IE浏览器漏洞利用技术:通过修改JavaScript对象中的某些标志,从而关闭安全模式,让IE可以加载类似WScript.Shell这样的危险对象,从而执行任意代码而完全无需考虑DEP。

不过,修改SafeMode标志并非是让IE可以加载危险对象的唯一方法。

IE浏览器的某些界面实际上是用HTML实现的,这些HTML通常存储在ieframe.dll的资源中,例如:打印预览是res://ieframe.dll/preview.dlg,整理收藏夹是res://ieframe.dll/orgfav.dlg,页面属性则是 res://ieframe.dll/docppg.ppg。

IE浏览器会为这些HTML创建独立的渲染实例,以及独立的JavaScript引擎实例。而为这些HTML创建的JavaScript引擎实例中,SafeMode本身就是关闭的。

所以,只需将JavaScript代码插入到ieframe.dll的资源中,然后触发IE的相应功能,被插入的代码就会被当作IE自身的功能代码在SafeMode关闭的JavaScript实例下执行。

不过,PE的资源节是只读的,如果试图用某个能对任意地址进行写入的漏洞直接改写ieframe.dll的资源,会触发写访问违例:

异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

在上面的异常处理链中,mshtml.dll中的异常处理函数最终会调用kernel32!RaiseFailFastException()。如果g_fFailFastHandlerDisabled标志是false,就会终止当前进程:

异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

但是,如果g_fFailFastHandlerDisabled标志为true,异常处理链就会执行到 kernel32!UnhandledExceptionFilter() ,并最终执行kernel32!CheckForReadOnlyResourceFilter() :

异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

如果BasepAllowResourceConversion 也为true,CheckForReadOnlyResource()函数就会将试图写入的那个内存分页的属性设为可写,然后正常返回。

也就是说,如果先将g_fFailFastHandlerDisabled和BasepAllowResourceConversion这两个标志改写为true,之后就可以直接修改ieframe.dll的资源,而不必担心其只读属性的问题,操作系统会处理好一切。

另外还有个小问题。如果像上面所说的那样触发了一次CheckForReadOnlyResource()中的修改内存属性的操作,内存属性的RegionSize也会变成一个内存分页的大小,通常是0×1000。而IE在以ieframe.dll中的HTML资源创建渲染实例前,mshtml!GetResource()函数会检查资源所在内存的RegionSize属性,如果该属性小于资源的大小,就会返回失败。然而,只需将要改写的资源从头到尾全部改写一遍, RegionSize就会相应变大,从而绕过这个检查。

这样,利用Windows写访问异常对PE文件资源节开的绿灯,就可以写出非常奇妙的漏洞利用代码。

0×02 直接执行不可执行内存

我在VARA 2009的演讲《漏洞挖掘中的时间维度》中介绍了一种较为少见的模块地址释放后重用漏洞。比如一个程序中线程A调用了模块X的函数,模块X又调用了模块Y的函数。模块Y的函数由于某种原因,耗时比较长才能返回。在它返回前,如能让线程B将模块X释放,那么模块Y的函数返回时,返回地址将是无效的。当时发现在Opera浏览器中可以利用Flash模块触发这种漏洞,一款国产下载工具也有类似问题。

异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

另外还有不少其它类型的漏洞,最终表现也和上述问题一样,可以执行某个固定的指针,但无法控制该指针的值。在无DEP环境下,这些漏洞并不难利用,只要喷射代码到会被执行的地址即可。而在DEP环境下,这些漏洞通常都被认为是不可能利用的。

但如果在预期会被执行到的地址喷射下面这样的数据:

异常中的异常:借助系统异常处理特例实现匪夷所思的漏洞利用

即使在DEP环境下,尽管堆喷射的内存区域确定无疑不可执行,但你会惊奇地发现系统似乎还是执行了这些指令,跳到ecx所设定的地址去了。只要把ecx设为合适的值,就可以跳往任何地址,继而执行ROP链。

这是因为Windows系统为了兼容某些老版本程序,实现了一套叫ATL thunk emulation的机制。系统内核在处理执行访问异常时,会检查异常地址处的代码是否符合ATL thunk特征。对符合ATL thunk特征的代码,内核会用KiEmulateAtlThunk()函数去模拟执行它们。

ATL thunk emulation机制会检查要跳往的地址是否位于PE文件中,在支持CFG的系统上还会确认要跳往的地址能否通过CFG检查。同时,在Vista之后的Windows默认 DEP policy 下,ATL thunk emulation机制仅对没有设置 IMAGE_DLLCHARACTERISTICS_NX_COMPAT的程序生效。如果程序编译时指定了/NXCOMPAT参数,就不再兼容ATL thunk emulation了。不过还是有很多程序支持ATL thunk emulation,例如很多第三方应用程序,以及32 位的 iexplore.exe。所以,类似Hacking Team泄露邮件中的CVE-2015-2425,如能用某种堆喷成功抢占内存,也可借此技巧实现漏洞利用。

这样,利用系统异常处理流程中的ATL thunk emulation能直接执行不可执行内存的特性,就可以让一些通常认为无法利用的漏洞起死回生。

(本文大部分内容完成于2014年10月,涉及的模块地址、符号信息等基于Windows Technical Preview 6.4.9841 x64 with Internet Explorer 11。)

参考:

*作者:tombkeeper,本文首发于 腾讯玄武实验室博客 ,转载请注明来自FreeBuf黑客与极客(FreeBuf.COM)

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