1、前言

1.1 为什么写这篇文章

这是我的第四篇CVE文章，相比前面三篇，我认为这篇文章研究的CVE漏洞，是最难，同时也是最值得学习的一个提权漏洞。尽管之前的漏洞也很优秀，但这个漏洞我认为是优秀者中的佼佼者。我们要自己去构造内存数据，而且要精确到字节，要了解一些系统的机制，还要知道各种函数的反汇编用法，因此EXP里面的每一个数据都有其特定的含义，并非随意而为，难度自然更大。我想这对提高我们的PWN水平有帮助，所以我写下了这篇文章。
本文侧重于介绍内存构造的思路，最后给出了调试结果。

1.2 概述

在2014年的Pwn2Own黑客大赛上，windows8.1 平台上的IE11沙箱,被Siberas安全团队利用CVE-2014-1767 Windows AFD.sys 双重释放漏洞绕过，他们也因此获得2014年黑客奥斯卡的“最佳提权漏洞奖”。

1.3 非常重要的说明

针对这个漏洞我要说明的有以下几点：
1、本文侧重点在POC、EXP编写，从逆向与调试的角度引领你分析、编写POC、EXP；
2、本文是首篇针对该漏洞在x64平台下的分析、编写文章；
3、全网最详细POC、EXP的编写说明；
4、EXP完全复用POC的代码；
5、上传的EXP是我自己编写的。
实验环境为：win7_x64_sp1（7601）版本

2、POC分析

2.1 POC代码

2.2 POC运行结果

运行上面POC代码，系统出现蓝屏后的windbg调试结果见上图（上图并不是原始输出，我把一些不重要的数据删除了）。从第一个红框可以看出：
1、这是一个双重释放漏洞；
2、双重释放的代码在afd!AfdReturnTpinfo+0xe7。
我们先来看看afd!AfdReturnTpinfo+0xe7，是什么代码：

可见，在afd!AfdReturnTpinfo+0xe1处，是IoFreeMdl函数，它是用来释放Mdl指针的。那么，释放完之后，有没有对指针进行清零处理？我们来看看反编译代码：

根据上面分析可知，IoFreeMdl肯定被执行了两次，那么，在后面我们进行分析时，可以在此处下断点，看这块内存是怎么变化的。现在，我们来看看，程序为什么会调用IoFreeMdl两次。

2.3 漏洞产生的根本原因

漏洞是因为连续两次释放内存，由afd!AfdReturnTpinfo调用。
第一次是因为调用
DeviceIoControl((HANDLE)s, 0x1207F, (LPVOID)inbuf1, 0x40, NULL, 0, NULL, NULL);
时，afd!afdTransmitFile+0x2CD调用MmProbeAndLockPages函数判断的地址，是POC里面指定的0x13371337这个非法地址，所以会出现异常，如下图所示：


第二次调用：
DeviceIoControl((HANDLE)s, 0x120C3, (LPVOID)inbuf2, 0x18, NULL, 0, NULL, NULL);
因为POC里面指定的内存空间是0x0AAAAAAA*0x18，在afd!afdTransmitPackets中调用afd!AfdTliGetTpInfo，执行ExAllocatePoolwithQutaTag时失败后，会跳到AfdReturnTpinfo函数执行，如下图：

两次进入异常处理函数，都会调用IoFreeMdl函数，从而导致指针双重释放。

3、x64平台POC编写指导

3.1 第一阶段：消耗系统内存

通过CreateRoundRectRgn函数消耗内存。至于为什么要消耗内存，可以先看2.3节，我在后面会做更详细说明。

3.2 第二阶段：构造Inbuff1

3.2.1 Inbuff1的输入长度构造

POC里面有个函数CalcLength，它是用于计算输入长度，用来控制分配内存空间大小的。现在，我们需要内存固定分配0x100字节大小的空间，至于为什么，我在后面说明，现在你只用知道，我们需要构造一个0x100大小的内存空间。
在afd!AfdTransmitFile中，nt!IoAllocateMdl函数第二个参数length就是我们输入的参数，通过这个参数，就可以控制内存大小，见下图：

现在，我们需要看看IoAllocateMdl是如何分配内存空间的，反编译nt!IoAllocateMdl，可得：

我们的CalcLength函数，就是为了输入Length，得到一个固定的内存0x100。基本思路是：
1、初始Length从0x10000开始；
2、ViRtualAddress是非法地址0x13371337；
通过while（1）循环，查找使得分配内存为0x100的length，具体实现见代码。
代码实现为：

3.2.2 Inbuff1的参数构造

afd!afdTransmitFile和afd!afdTransmitPackets两个函数的函数原型分别是：

第二个形参的定义为：

最重要的就是偏移0x20的Type3InputBuffer了，这就是我们传入的inbuff1数据。但有个问题，在我们调用这个函数之前，传入的inbuff1已经在栈里面了，现在参数的应用都类似这样：
rsp+8c、rsp+78、rsp+70等等，我们就无法知道这些参数在inbuff1的位置。
但幸好，我们可以根据IoAlloctedMdll函数，很方便的定位length和VirtualAddress。因为IoAlloctedMdll的第一个形参、第二个形参是分别是地址、长度，这是已知的，那么我们就可以先定位length，再定位其他参数。
反编译afd!AfdTransmitFile，分析后，如下图：

由上图可知：
1、因为第104行的判断，所以inbuff1的长度至少为0x40；
2、先让inbuff1有规律的等于一个值，输入之后，断点看length的数值，就可以知道length在buff1的位置，又知道length在rsp+0x78，现在VirtualAddress在rsp+0x70，那么，length偏移0x28，VirtualAdress就偏移0x20。
3、第112行可知，v8由v45得来，v45在rsp+8C位置，也就是inbuff1的0x3C位置，v8等于1的时候，可以不进入112行的if判断，从而执行正常流程。
所以有：

3.3 第三阶段：构造Inbuff2

inbuff2是通过AfdTransmitPackets函数处理的，所以反编译AfdTransmitPackets函数之后分析，如下图：

从上图可知：
1、 第103行表明，输入的inbuff2长度至少为0x18字节，所以我们定义的就是0x18字节；
2、 由第114行可知，v7就是我们的inbuff2；
3、 由125行可知，inbuff2的第0个字节等于1，就不会进入if；
4、 由136行可知，输入的v52是分配系数，分配的大小是0x18输入长度，现在分配的长度是0xaaaaaaa018字节，而我们在第一阶段就已经把内存消耗完，这里执行只会失败。

综上所以，可得：
static BYTE inbuf2[0x18];
memset(inbuf2, 0, sizeof(inbuf2));
(ULONG)(inbuf2) = 1;
(ULONG)(inbuf2 + 0x8) = 0x0AAAAAAA;

3.4 触发漏洞

最后，触发漏洞函数为：

控制码为0x1207F的DeviceIoControl 函数执行之后，会因为地址异常执行nt!IoFreeMdl，释放一次指针；控制码为0x120C3的DeviceIoControl 函数执行之后，又会因为异常执行nt!IoFreeMdl，再释放一次指针，从而触发漏洞。

4、x64平台EXP编写指导

4.1 基本思路

调用控制码为0x1207F的函数触发异常释放pool后，创建一个对象占用这个释放的pool，然后再调用控制码为0x120C3的函数，触发异常后再次释放这个pool，最后再把这个pool的数据赋值成假数据，但指向这个pool的指针，我们已经能够控制了，具体分析如下。

4.1 第一步：构造FakeWorkerFactory

先来看看构造的代码：

至于为什么这样写，从4.1.1节开始说明。

4.1.1 windbg确认WorkFactory的大小

WorkerFactory占用空间的大小我们跟踪这条链：
NtCreateWorkerFactory->ObpCreateObject->ObpAllocateObject-> ExAllocatePoolWithTag。
但是ObpCreateObject和ObpAllocateObject很多地方都有调用，如果这个时候一步一步通过函数执行过去，很麻烦，而且很容易出错，你会得到错误的大小。调式的时候，可以这样做：
A、首先打两个断点：
4: kd> bl
0 e Disable Clear fffff8000438c8fa 0001 (0001) nt!ObpAllocateObject+0x12a "r rdx;gc" 1 e Disable Clear fffff80004374b08 0001 (0001) nt!NtCreateWorkerFactory
B、然后运行exp，程序会断在第1个点的NtCreateWorkerFactory。
C、然后继续g，
1: kd> g
rdx=0000000000000100
rdx=00000000000004f8
rdx=0000000000000068
rdx=00000000000000a8
rdx=00000000000000a8
rdx=0000000000000068
rdx=00000000000000a8
第一个rdx就是自己申请的workfactory的大小0x100了。
这就是为什么我们在3.1.1要费尽心思构造pool为0x100的原因。

4.1.2 windbg确认WorkFactory的内存数据

你的实验平台如果跟我一样，下面的断点，你可以直接用：

首先，使能第3个和第4个断点，在windbg里面断下：可以看到：

由上图，可以得到：
1、object在workerfactory起始地址的偏移量。object在workerfactory起始地址偏移0x50处，0xfffffa8031092560是起始地址，0xfffffa8031092550是pool的header；
2、把objectHead的数据拷贝出来，作为我们构造EXP时的Fakeworkerfactory的数据；
然后，使能第1个断点和第2个断点，继续运行，得到：

从上图，可以得到：
1、NtSetInformationWorkerFactory中object的pool是从ObReferenceObjectByHandleWithTag中得到的；
2、再分析NtCreateWorkerFactory可知，在NtCreateWorkerFactory时创建的pool数据，在NtSetInformationWorkerFactory时已经被覆盖掉了。
数据是怎么被覆盖的？用的是4.1.3介绍的nt!NtQueryEaFile函数。

4.1.3 覆盖WorkFacroty内存数据

现在有个问题，我们构造的WorkFactory数据是在应用层，那么如何把数据拷贝到之前释放的pool处呢？直接拷贝当然是不行的，毕竟，我们并不知道pool的地址。这个时候就可以调用一个关键的函数实现这个目的。这个函数就是NtQueryEaFile函数。
先来看看NtQueryEaFile函数的声明：

我们调用的代码为：

EaList --->FakeWorkerFactory
EaIndex---> FakeObjSize
再来看看fpQueryEaFile的反汇编代码。

执行这个函数之后，伪造的数据就被拷贝到了之前释放的pool处，然后根据相应的函数操作WorkFactory的内存，就可以实现任意地址写和读了。
但是这里有一个关键点，就是在函数的最后，它会释放内存，如下图：

这就意味着，我们操纵的，仍然是一个已经释放的内存，所以需要注意调试的速度。如果pool被再次替换受控和释放，我们的读取和写操作将失败，结果将是错误检查。所以读取和写入必须在每次之后立即完成。
这很关键，请牢牢记住。

4.2、第二步：任意写实现

任意地址写，是通过SetInformationWorkerFactory函数实现的，原理如下图：

在第175行，传入handle，通过ObReferenceObjectByHandleWithTag函数索引，就可以得到object，这个object就是我们代码里面的变量a。在NtSetInformationWorkFactory函数里面，任意写是这行代码：

而我们在执行选择NtSetInformationWorkerFactory时，选择的是WorkerFactoryAdjustThreadGoal（0x8），等于8，会直接运行到NtSetInformationWorkerFactory的655行，然后会执行任意地址写。也就是说，如果我们需要在目标地址kHalDsipatchTableQueryAddr写入shellcode地址，那么，就需要让

这就意味着：
(_QWORD )((_QWORD )Object + 0x18i64) + 0x2Ci64等于kHalDsipatchTable地址，那么，当系统调用该函数赋值的时候，就会把shellcode地址高四位或低四位写入HalDsipatchTable。所以，写入shellcode地址时，需要把高四位和第四位分开写：

正好对应我们的代码：

构造完毕之后，就可以把shellcode的地址写入了，EXP代码如下：

4.3 第三步：任意读实现

任意地址读，是通过NtQueryInformationWorkerFactory函数实现的，原理如下图：

由上图可知：
1、输入的内存长度必须是0x78；
2、选择的读取地址是(QWORD*)object+0x10;
3、第二个参数必须等于7，也就是要等于WorkerFactoryBasicInformation。
现在我们来看第81行代码，是这样写的：

所以在构造object的时候，目标地址需要减去0x180，写为：

5、调试数据

断点选择在pool申请和释放的地方，断点为：

第一次执行IoFreeMdl前的目标内存，见下图：

第一次执行IoFreeMdl后和第二次执行IoFreeMdl前的目标内存见下图：

第二次执行IoFreeMdl后的目标内存见下图：

NtQueryEaFile函数拷贝内存时的目标内存，见下图：

6、缓解措施

在AfdReturnTpInfo中，把TpInfoElementCount清零了，如果Count等于0的时候，就不进行释放操作。见下图：

7、提权结果

8、代码

CVE-2014-1767的EXP代码链接
这个链接有两个文件，一个是C版本的，一个是python版本的，其中C版本的是EXP，python版本的是POC。
我没有上传C版本的POC，因为把EXP中创建WorkerFactory代码删除，就直接可以得到POC代码了。

9、后言

写文章确实不容易，讲清楚更不容易，这篇文章耗费了我很大的精力，后续再接再厉，希望能够多出好作品。
另外感谢看雪给我的奖励，新年收到看雪的美团购物卡，在此感谢。

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