背景

  CVE-2021-40449是一个存在于Win32k内核驱动中的UAF漏洞。该漏洞在2021年八月下旬九月上旬被Kaspersky发现用于野外攻击活动中。通过Hook win32k驱动执行NtGdiResetDC过程中发生的用户模式回调,完成对目标对象的释放和占用,最终实现指定内核函数的调用,以进行内核内存的读写操作,修改利用对象的Token权限,实现EOP。

分析

  此次分析是在Windows 10 1809中进行。

  首先在用户模式调用CreateDC时,会执行至win32k内核调用win32kfull!NtGdiResetDC,再执行至win32kbase!hdcOpenDCW,调用堆栈如下:

......  win32kbase!PDEVOBJ::PDEVOBJ

......  win32kbase!hdcOpenDCW+0x240

......  win32kfull!GreResetDCInternal+0x11a

......  win32kfull!NtGdiResetDC+0xd6

......  nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x25

......  win32u!NtGdiResetDC+0x14

......  gdi32full!ResetDCWInternal+0x16b

......  GDI32!ResetDCW+0x31

......  CVE_2021_40449!main

  执行的用户回调主要发生在win32kbase!PDEVOBJ::PDEVOBJ中,该函数应是一个PDEV对象的初始化函数,和win32kfull!NtGdiResetDC传入参数中的HDC有关联。初始化函数中有两个用户回调:PDEVOBJ::EnablePDEVPDEVOBJ::CompletePDEV。这两个用户回调主要是对HDC中的PDEV对象进行操作,PDEV对象通过PDEV::Allocate分配内存。





  执行完初始化函数,回到hdcOpenDCW,继续执行至GreCreateDisplayDC,该函数初始化一个PDC对象,并将上面初始化的PDEV对象的内存地址放到PDC偏移+0x30处。



  然后返回PDC 0偏移处的DC句柄值HDC,该值也作为win32kbase!hdcOpenDCW的返回值,返回值win32kfull!GreResetDCInternal

  hdcOpenDCW返回的HDC传入DCOBJ::DCOBJ,返回hdcOpenDCW初始化的PDC对象的内存地址。



  接着读取PDEV对象0xAB8偏移处的函数指针并执行,注意此处的PDEV并不是在上一步的hdcOpenDCW中初始化的,而是在用户态调用ResetDC前,调用CreateDC生成的。为进行区分,本文中将其称为HDC_user

  GreResetDCInternal的函数参数HDC_user,同样通过DCOBJ::DCOBJ返回PDC_user对象,该对象偏移0x30处为PDEV_user对象的内存地址。

  取PDEV_user偏移0xAB8处函数指针,执行UMPDDrvResetPDEV,传入参数分别为PDEV_userPDEV_kernel偏移0x708处的指针,指向各自的DEVMODE结构,这里同样会发生一次用户态函数回调,不过该回调不进行考虑,因为此漏洞利用范围内,被利用的主要是该指针。



  完成UMPDDrvResetPDEV回调后,执行win32kbase!HmgSwapLockedHandleContents,该函数会将PDC_userPDC_kernel首部的HDC值和PDC引用计数值进行了互换,从而完成devmode修改的功能。



  后面则是将两个PDC对象的引用计数值分别减1,并调用win32kbase!bDeleteDCInternalHDC_kernel索引到的PDC对象偏移0x30处指针指向的PDEV对象引用计数值减1,值变为0。而又因为之前的HmgSwap操作,这里的PDCPDEV实际都是用户传入的HDC原本指向的对象。

  根据MSDN所说,“当该计数器降至零,该对象就会被释放”“一旦句柄计数减为零,对象的名称就会从对象管理器的命名空间中删除”。意味着该对象可以被占用,而hdcOpenDCW中又存在用户回调,在用户回调中再对相同的HDC执行一次ResetDC,那么该HDC对应PDEV对象引用值将减为0,占用该PDEV对象后结束回调,回到内核。

  至于漏洞的触发点,在原本的UMPDDrvResetPDEV调用处,该调用发生在hdcOpenDCW之后,调用函数的地址从PDEV_user中获取,通过占用,可以获取到修改器调用目标为一个内核读写函数。

利用

  该UAF漏洞的利用主要为以下几个步骤:

  1. 使用NtQuerySystemInformation获取利用进程Token.Privileges在内核中的位置;
  2. 泄露出一个可以用于内核写的内核函数,这里比较通用是nt!RtlSetAllBits
  3. 构造一个Fake_RTL_BITMAP,作为nt!RtlSetAllBits函数参数,大多使用ThreadName的方式进行构造,不过同样也可以手动申请一片用户态内存进行构造;
  4. HOOK用户回调DrvEnablePDEV(Hook DrvCompletePDEV虽然可以成功占用,但执行不到漏洞触发点),在Hook函数中对相同HDC再执行一次ResetDC,返回后使用构造的Fake Palette去占用被释放的PDEV对象,然后结束当前回调;
  5. 漏洞触发,当前进程权限位全部被启用,完成提权。

  在Hook函数中完成占用后的内存布局前后对比如下所示:



  PDEV对象占用成功后,完成回调,返回GreResetDCInternal,可以看到成功地调用到nt!RtlSetAllBits



  nt!RtlSetAllBits中仅将rcx作为参数,而漏洞触发处的第一个参数rcx同样可以通过占用指定。

  nt!RtlSetAllBits中取rcx地址0x08偏移处的QWORD作为写入的目标地址,而rcx偏移0处的DWORD值整除0x40后作为计数值,每次向目标地址写入rax寄存器的值,rax固定为0xffffffffffffffff





  POC代码

总结

  这次我分析这个漏洞时尝试尽量不看网上公开的POC,仅根据Kaspersky的文章寻找漏洞位置,结果花了很多时间,遇到挺多问题的。比如寻找漏洞点时,不会出现BSOD,并且!pool不能马上看到对象内存状态变成free,还是去瞄了一些公开的POC,确认自己方向没问题。

  emmm最后好歹自己完成了POC,虽然耗时长且代码拉胯,相比那些优秀的POC通用性低,但是收获也很多,起码漏洞前后附近的代码各个角落都翻了一遍,而且一些坑下次可以避免。

参考

[1] MysterySnail attacks with Windows zero-day

[2] CVE-2021-40449 Exploitation

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