[04] HEVD 内核漏洞之IntegerOverflow

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0x00 前言

这一节开始，我们学习整数溢出相关漏洞。

实验环境：Win10专业版+VMware Workstation 15 Pro+Win7 x86 sp1

实验工具：VS2015+Windbg+KmdManager+DbgViewer

0x01 漏洞原理

整数溢出

整数分为有符号和无符号两种类型，有符号数以其最高为作为其符号位，即正整数最高为0，负整数最高为为1，而无符号数无此类情况，其取值范围是非负数。平常在编程时。最常用到的整型变量有 short int(2B)，unsigned int(2B)，int(4B）和long int（4B）。不同类型的整数在内存中均有不同的取值范围，当我们向其存储的数据超过该类型整数的最大值，就会导致整数溢出。溢出后的数据，可能会被截断，而造成程序出现错误。

Demo（基于栈的整数溢出）
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#include "stdio.h"
#include "string.h"

int main()
{
    int i;
    char buf[8];
    unsigned short int size;
    char overflow[65550];

    memset(overflow,65,sizeof(overflow));

    printf("Input the num:\n");
    scanf("%d",&i);

    size=i;
    printf("size:%d\n",size);
    printf("i:%d\n",i);

    if(size>8)
        return -1;
    memcpy(buf,overflow,i);//栈溢出

    return 0;
}

上面的demo中，size为无符号短整数（0-65535）,当我们输入大于65535是就会造成溢出，例如我们输入65536，最终得到的size为0，从而绕过边界检查，但是在memcpy函数复制数据时，使用的是int类型的i参数，导致栈溢出。

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Demo（基于堆的整数溢出）
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#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "Windows.h"
int main()
{
    int heap;
    unsigned short int size;
    char* v1,*v2;
    HANDLE HeapHandle;

    printf("int put size: \n");
    scanf("%d",&size);

    HeapHandle = HeapCreate(HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS,0x100,0xfff);

    if(size <=0x50)
    {
        size-=5;
        printf("size:%d\n",size);
        v1=(char*)HeapAlloc(HeapHandle,0,size);
        v2=(char*)HeapAlloc(HeapHandle,0,0x50);
    } 
    HeapFree(HeapHandle,0,v1);
    HeapFree(HeapHandle,0,v2);
    return 0;
}

上述demo中size为unsigned short int，小于5时，例如，当size=2时，size减去5则得到负数，但size取值范围导致无法识别负数，而得到正数65533，而分配得到大的堆块，从而溢出导致覆盖到后面的堆管理结构。

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分析

打开漏洞驱动程序源码，找到漏洞函数TriggerIntegerOverflow，如下：

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__declspec(safebuffers)
NTSTATUS TriggerIntegerOverflow( _In_ PVOID UserBuffer, _In_ SIZE_T Size)
{
    ULONG Count = 0;
    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
    ULONG BufferTerminator = 0xBAD0B0B0;
    ULONG KernelBuffer[BUFFER_SIZE] = { 0 };//512*4=2048
    SIZE_T TerminatorSize = sizeof(BufferTerminator);//4

    PAGED_CODE();

    __try
    {
        //
        // UserBuffer 为Ring3地址 其中前面均用A填充，倒数8字节开始的4字节为Payload地址  最后四字节为0xBAD0B0B0
        ProbeForRead(UserBuffer, sizeof(KernelBuffer), (ULONG)__alignof(UCHAR));

        DbgPrint("[+] UserBuffer: 0x%p\n", UserBuffer);
        DbgPrint("[+] UserBuffer Size: 0x%X\n", Size);
        DbgPrint("[+] KernelBuffer: 0x%p\n", &KernelBuffer);
        DbgPrint("[+] KernelBuffer Size: 0x%X\n", sizeof(KernelBuffer));

#ifdef SECURE
        //
        // 安全注意：这是安全的，因为开发人员没有对用户提供的值进行任何算术运算。 
        //相反，开发人员从KernelBuffer的大小减去ULONG的大小，即x86上的4。 因此，不会发生整数溢出，并且此检查不会失败

        if (Size > (sizeof(KernelBuffer) - TerminatorSize))
        {
            DbgPrint("[-] Invalid UserBuffer Size: 0x%X\n", Size);

            Status = STATUS_INVALID_BUFFER_SIZE;
            return Status;
        }
#else
        DbgPrint("[+] Triggering Integer Overflow (Arithmetic Overflow)\n");

      
        // 注意这里是有漏洞的版本
        if ((Size + TerminatorSize) > sizeof(KernelBuffer))//FFFFFFFF+4 = 00000003
        {
            DbgPrint("[-] Invalid UserBuffer Size: 0x%X\n", Size);

            Status = STATUS_INVALID_BUFFER_SIZE;
            return Status;
        }
#endif

       //实现拷贝操作
        while (Count < (Size / sizeof(ULONG)))
        {
            if (*(PULONG)UserBuffer != BufferTerminator)
            {
                KernelBuffer[Count] = *(PULONG)UserBuffer;
                UserBuffer = (PULONG)UserBuffer + 1;
                Count++;
            }
            else
            {
                break;
            }
        }
    }
    __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
    {
        Status = GetExceptionCode();
        DbgPrint("[-] Exception Code: 0x%X\n", Status);
    }
    return Status;
}

函数中比较了用户提交缓冲区长度和内核缓冲区长度，在有漏洞的版本中，这一比较采用了：

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if ((Size + TerminatorSize) > sizeof(KernelBuffer))

TerminatorSize为4字节，当用户传过来的缓冲区大小为0xfffffffc~0xffffffff时，假发之后结果溢出，并且巧妙地通过了长度检查！

在Powershell中，我们可以清晰地看到这一问题。

img

我们在Windbg中同样可以看到这一问题：

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97c4ba9f 8b450c          mov     eax,dword ptr [ebp+0Ch]
97c4baa2 0345d4          add     eax,dword ptr [ebp-2Ch]
97c4baa5 3d00080000      cmp     eax,800h


kd> r eax
eax=00000003

检查完之后，则进入循环，将用户缓冲区的数据拷贝到内核缓冲区。当内核地址不等于缓冲区结束标志0xBAD0B0B0时，拷贝数据。

在拷贝数据前，查看寄存器，当前ebp为0x9398fab0，查看内存，得知当前返回地址为0x9398fab0。

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kd> r
eax=00000003 ebx=00000000 ecx=ffffffff edx=0000004d esi=86e61528 edi=860fff80
eip=97c80adb esp=9398f268 ebp=9398fab0 iopl=0         nv up ei ng nz na pe cy
cs=0008  ss=0010  ds=0023  es=0023  fs=0030  gs=0000             efl=00000287
HEVD!TriggerIntegerOverflow+0x16b:
97c80adb 8b450c          mov     eax,dword ptr [ebp+0Ch] ss:0010:9398fabc=ffffffff
kd> dd 9398fab0 
9398fab0  9398fad4 97c80956 00408028 ffffffff
9398fac0  00000001 c0000001 ffffffff 00000000
9398fad0  00408028 9398fafc 97c800ae 86e6a870
9398fae0  86e6a8e0 00000001 00000000 00222027
9398faf0  00000024 c00000bb 86e6a8e0 9398fb14
9398fb00  83e7f593 86e61528 86e6a870 86e6a870
9398fb10  86e61528 9398fb34 8407399f 860fff80
9398fb20  86e6a870 86e6a8e0 00000094 0498fbac

0x02 漏洞利用

利用防方法与之前无二，主要是覆盖函数返回地址。

但是亲自测试过后，感觉函数内存结构与我们所构想的有所区别：

img

上面为覆盖前内核内存，红色为ebp地址，后面的0x97c5a956为返回地址，可以看到，覆盖后的内存并没有修改到返回地址，那么是怎么利用的呢？这让我很费解。

仔细想了一下，应该是VS编译器的原因，导致堆栈数据之间有保护间隙，所以实际的内存情况与我们所构造的并不一致。整个的利用思路和栈溢出是类似的。

使用HackSys Team发布的Release第二版，测试一哈，可以看到，此时提权利用是可以成功的。

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0x03 漏洞反思

尽管利用的过程不太顺利，但是就原理来讲，参照安全版本，我们可以预估数据大小的情况下，如果传入数据较大，有可能向上溢出时，我们采用减法判断，类似的如果可能向下溢出，则我们采用加法判断。

当然了，如果无法判断大小那应该进行更为周密的考虑。

0x04 链接

fuzzsecurity:https://www.fuzzysecurity.com/tutorials/expDev/18.html

玉涵师傅：https://bbs.pediy.com/thread-225180.htm