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[原创]被动式FUZZ在工控漏洞挖掘中的应用
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发表于: 2020-11-27 10:28
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背景
在如今的工业系统漏洞挖掘中，大规模自动化的fuzz技术越来越流行，fuzz技术成为挖掘工业系统漏洞的有利工具。然而，这种技术往往针对的是服务端，例如fuzz目标为PLC，模拟器，HMI，上位机的服务等。而针对客户端的fuzz技术确很少人提及。本文从实战出发，以施耐德的上位机软件unity pro作为例子，通过被动式fuzz技术发现存在UMAS客户端协议栈中的漏洞。
Unity Pro
Unity Pro是M340/M580对应的上位机软件，通过该上位机软件可以进行PLC编程，上传和下载工程。该软件和PLC之间是通过施耐德私有的UMAS协议进行通信，由于该协议比传统的modbus复杂得多，有可能在协议栈的实现会出现安全性问题。
UMAS协议
UMAS协议是modbus协议的上层协议，使用的是90功能码，也称“施耐德90功能码”协议。该协议比普通的modbus协议权限要大，能执行更多敏感操作，比如启动或者停止等。对于施耐德PLC来说，曾经爆出很多个存在于UMAS协议上的问题，然而基本上是服务端协议处理导致的拒绝服务。对于服务端的fuzz，最简单就是使用boofuzz一类工具进行fuzz，但是对于客户端，就需要另一种方法进行fuzz。UMAS协议如下图所示：
Fuzz概述
主动fuzz
顾名思义，主动fuzz是针对服务端主动发包，通过预定义的一些协议字段填充变异值进行fuzz，或者直接变异发送的数据。
被动fuzz
之所以叫被动fuzz，是因为是在服务器对客户端发数据包响应的时候，通过中间人攻击的方式修改响应包数据，而不是主动变异数据包来发送。通过这种方法可以直接fuzz客户端，发现客户端在处理数据的时候的安全性问题。
fuzz实战
中间人
前面介绍了被动式fuzz是通过中间人来实现的，那么在unity pro中如何进行中间人攻击？通过简单设置连接ip为127.0.0.1。
然后在本机上运行中间人攻击脚本，由于我们是修改响应数据的，所以只在响应那块改就行，发送数据那块不需要修改。
变异
变异策略可以是多种多样的，比如最简单的比特位反转，在这种情况下，本人采用的是最简单的单比特反转，随机修改某一位，这里值得注意的是应该修改UMAS协议中的payload部分，而不是数据包头。
自动化
最简单的方法就是使用一些模拟按键的方法触发客户端的操作，执行一些读/写值，上载和下载工程这些操作，这样可以完全实现自动化而不需要人工操作。当然，如果为了追求更高的fuzz速度，可以通过注入dll的方法调用不同的发包函数来自动化该流程，不过这种方法需要大量的逆向工程。为了简单起见，我们选取最简单的模拟按键，编写按键脚本进行自动化操作。
发现漏洞
在不到5分钟的情况下，通过我写的被动式fuzz使得unity pro客户端直接崩溃。
通过调试分析发现该漏洞是堆缓冲区溢出，可能会导致拒绝服务甚至远程代码执行，总得来说这个漏洞危害是比较大的。该漏洞已经上报给施耐德官方，目前施耐德已经确认了该漏洞的存在。
利用场景
在实际的攻击中，在不同场景下可以利用该漏洞：
1.当攻击者控制了网关之后，可以通过该漏洞对unity pro客户端发起攻击。
2.当攻击者通过内网中的IP劫持，如ARP攻击来劫持会话从而发起攻击。
3.通过社工的方法欺骗受害者连接恶意的PLC服务端也可以对该漏洞进行利用。
总结
本文通过施耐德unity pro作为例子，详细介绍了使用被动式技术发掘客户端漏洞的技术。可以看到出来，虽然施耐德在服务端修复了很多漏洞，但是客户端由于很少人去进行深入研究，所以客户端仍存在着相对较多潜在的安全问题。本文是为数不多的对工控软件使用被动fuzz技术的文章，希望给大家带来一些技术上的启发。
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1.提取固件、逆向客户端对协议格式逆向 2.编写fuzz模板 ，这里用boofuzz 3.对设备进行fuzz 4.发现漏洞后使用硬件调试方法定位崩溃点 5.在工控设备中的RTOS系统进行利用漏洞（RCE） |
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谢谢大佬，我基本上属于0基础。然后fuzz模板很多也看不懂，只会跟着帖子照猫画虎，最后很多细节都不明白，也不知道如何将模糊测试用例发送到工控设备，现有工具也不知道它们怎么发送的，更不清除如何调试崩溃点。有些大神写的帖子非常深奥，会跳过很多东西，我在实际做的过程中感觉很没有头绪。目前我主要做工业协议fuzzing和协议逆向，比如Modbus TCP，EtherCAT，以及一些未知协议，例如发那科工业机器人协议，暂时不准备研究软件fuzzing，很多情况下无法获取固件。大部分相关文献里都不提供源代码，很多都是空话，感觉要放弃了。 |
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# coding:utf-8
import select
import socket
import struct
import hexdump
import binascii
import random
from socketserver import StreamRequestHandler, ThreadingTCPServer
PLC_IP='10.65.60.81'
PLC_PORT=502
def modify_pkt(data):
return data
class SocksProxy(StreamRequestHandler):
def handle(self):
print('Accepting connection from {}'.format(self.client_address))
port = PLC_PORT
address=PLC_IP
try:
remote = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
remote.connect((address, port))
bind_address = remote.getsockname()
print('Connected to {} {}'.format(address, port))
except Exception as err:
logging.error(err)
self.exchange_loop(self.connection, remote)
self.server.close_request(self.request)
def exchange_loop(self, client, remote):
while True:
# 等待数据
r, w, e = select.select([client, remote], [], [])
if client in r:
# 上位软件发给下位机的数据
data = client.recv(4096)
if remote.send(data) <= 0:
break
if remote in r:
data = remote.recv(4096)
# 修改下位机发给上位软件的数据
data=modify_pkt(data)
hexdump.hexdump(data)
if client.send(data) <= 0:
break
if __name__ == '__main__':
server=ThreadingTCPServer(('0.0.0.0', PLC_PORT), SocksProxy)
server.serve_forever()
最后于 2021-12-23 16:06
被wmsuper编辑
，原因：
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1.如果是零基础建议从fuzz 最简单的modbus开始，自己实现一个fuzz模板都是入门级的。 2.复杂的工控协议有签名算法和加密算法，对这些协议进行fuzz必须从逆向算法开始。 3.目前国内大的工控安全研究环境就是这样，大多数都是为了过等保，连基础的对工控漏洞挖掘的技术很少人会去分享，更别说源码了，可以多多关注国外工控安全团队的安全研究。 |
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嗯，谢谢大佬。我也做协议逆向，不过国内做这个的太少了，稍微深一点的研究资料也完全看不懂，外文文献也不知道他们到底在干嘛。我试着做一做协议fuzzing和逆向，不行就暂时放弃转异常检测了。 |
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感谢大佬 
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pickist 
