Microsoft Windows远程内核崩溃漏洞分析
概述
在2018年1月底，我们在Microsoft Windows系统中发现了一个远程内核崩溃漏洞，并根据认真负责的披露流程向微软报告了这个安全问题。6月12日，微软发布了一份包含该漏洞修复程序的公告，并将该漏洞标识为CVE-2018-1040。
实际上，这个内核崩溃漏洞位于Microsoft Windows代码完整性内核模块“ci.dll”中。并且，目前所有流行的Windows版本都受该漏洞影响，这些版本包括Windows 10、Windows 7、Windows 8.1、Windows Server 2008、Windows Server 2012和Windows Server 2016。
这个漏洞可以通过从网站或SMB共享远程下载精心制作的.dll或.lib文件来触发。使用IE或Edge浏览器下载并保存漏洞触发文件时，会执行一个让Windows内核指针取消引用无效地址的操作，从而导致Windows Bugcheck（内核崩溃）。对于Windows 10来说，系统重新启动后，用户登录时又会发生内核崩溃，从而进入一个死循环。
在本文中，我们将同读者一道对这个漏洞进行详细的分析。
漏洞分析
为了重现该远程内核崩溃漏洞，可以在Windows 10上打开IE或Edge浏览器，并在地址栏输入http://192.168.0.111/poc.dll（可以是任何托管PoC文件的URL），然后在弹出的窗口中选择“保存”。当保存文件poc.dll时，就会出现Windows 10蓝屏死现象（内核崩溃）。对于Windows 10中来说，如果内核发生崩溃，即使重新启动，内核还会继续崩溃，从而导致Windows 10机器无法正常工作。对于用户来说，如果遇到这种情况，那只好重装系统了。
以下是发生崩溃时的调用堆栈情况。
图1. 发生崩溃时的调用堆栈
从上面的调用堆栈输出可以看到，内核崩溃出现在调用函数“KERNELBASE！GetFileVersionInfoSizeExW”的过程中，然后它会调用“KERNELBASE！LoadLibraryExW”函数。最后，导致内核彻底崩溃。
当IE/Edge下载.dll或.lib文件并将其保存到磁盘上时，将调用函数“KERNELBASE！GetFileVersionInfoSizeExW”来获取.dll/.lib文件的版本信息。为了获取.dll/.lib文件的版本信息，它会调用函数“KERNELBASE！LoadLibraryExW”来加载.dll/.lib文件，这时dwFlags等于0x22。如果考察Microsoft的MSDN文档，我们可以看到dwFlags 0x22是“LOAD_LIBRARY_AS_DATAFILE（0x00000002）”和“LOAD_LIBRARY_AS_IMAGE_RESOURCE（0x00000020）”的组合。因此，IE/Edge会将下载的.dll/.lib文件作为一个资源.dll/.lib和数据文件进行加载来检索相关信息。对于我们进行制作的这个poc.dll来说，在Windows 10发生内核崩溃后，即使重新启动也无法恢复系统，这是因为用户登录Windows时，会扫描IE/Edge临时目录中的.dll/.lib文件。
函数LoadLibraryExW会加载我们精心构造的PoC文件，即poc.dll。当它处理SizeOfHeaders时，得到的大小为0x06，这是我们精心构造的一个值，实际上正确的大小是0x200。这样，在计算CI.dll文件中的CI!CipImageGetImageHash函数中的sha1散列块大小时，会导致整数溢出。溢出的块大小为0xfffffeb6。当溢出块大小为0xfffffe7a（这是经过计算后获得的）时，由于精心制作的sha1块大小过大，所以调用函数CI!SymCryptSha1AppendBlocks会导致大循环和内核内存读取访问冲突，致使系统内核崩溃。
图2.包含精心制作的SizeOfHeaders的poc.dll
通过逆向工程和跟踪，我们可以看到，对函数_CipImageGetImageHash的调用导致sha1块大小整数溢出。
PAGE:85D15618 _CipImageGetImageHash@36 proc near ; CODE XREF:
......
PAGE:85D1571F mov edx, edi
PAGE:85D15721 mov ecx, [ebp+arg_4]
PAGE:85D15724 call _HashpHashBytes@12 ; HashpHashBytes(x,x,x)
PAGE:85D15729 lea edx, [esi+0A0h]
PAGE:85D1572F
PAGE:85D1572F loc_85D1572F: ; CODE XREF: CipImageGetImageHash(x,x,x,x,x,x,x,x,x)+CF↑j
PAGE:85D1572F mov edi, [ebp+arg_10]
PAGE:85D15732 mov eax, [edi+54h] ; -----> here [edi+54h] is obtained from poc.dll at offset 0x104, its value is 0x06.
PAGE:85D15735 sub eax, edx ; -----> here edx=83560150
PAGE:85D15737 add eax, [ebp+BaseAddress] ----> here [ebp+BaseAddress]=83560000
PAGE:85D1573A push eax ; ---------> So, after the above calculation, eax occurs integer subtraction overflow, result in eax=fffffeb6
PAGE:85D1573B mov ecx, [ebp+arg_4]
PAGE:85D1573E call _HashpHashBytes@12 ------> the function call chain finally results in a kernel crash
PAGE:85D15743 mov esi, [edi+54h] ;
PAGE:85D15746 mov [ebp+var_30], esi在以下函数中，执行的边界检查不够充分:
.text:85D0368C @SymCryptHashAppendInternal@16 proc near
.text:85D0368C ; CODE XREF: SymCryptSha1Append(x,x,x)+10↑p
.text:85D0368C ; SymCryptMd5Append(x,x,x)+10↑p
.text:85D0368C
.text:85D0368C var_18 = dword ptr -18h
.text:85D0368C var_14 = dword ptr -14h
.text:85D0368C var_10 = dword ptr -10h
.text:85D0368C var_C = dword ptr -0Ch
.text:85D0368C var_8 = dword ptr -8
.text:85D0368C var_4 = dword ptr -4
.text:85D0368C Src = dword ptr 8
.text:85D0368C MaxCount = dword ptr 0Ch
.text:85D0368C
.text:85D0368C mov edi, edi
.text:85D0368E push ebp
.text:85D0368F mov ebp, esp .
......
85D0372D mov ecx, [ebp+var_8]
.text:85D03730 mov edx, [ebp+var_18]
.text:85D03733 jmp short loc_85D0373B
.text:85D03735 ; ---------------------------------------------------------------------------
.text:85D03735
.text:85D03735 loc_85D03735: ; CODE XREF: SymCryptHashAppendInternal(x,x,x,x)+46↑j
.text:85D03735 ; SymCryptHashAppendInternal(x,x,x,x)+52↑j
.text:85D03735 mov ecx, [ebp+Src]
.text:85D03738 mov [ebp+var_8], ecx
.text:85D0373B
.text:85D0373B loc_85D0373B: ; CODE XREF: SymCryptHashAppendInternal(x,x,x,x)+A7↑j
.text:85D0373B cmp esi, [edx+18h] ; ----> here [edx+18h] equals 40h, esi equals fffffe7a, due to unsigned integer comparison, the crafted block size is not found
.text:85D0373E jb short loc_85D03769
.text:85D03740 mov edi, [edx+1Ch]
.text:85D03743 lea eax, [ebp+var_C]
.text:85D03746 push eax
.text:85D03747 push esi
.text:85D03748 mov esi, [edx+0Ch]
.text:85D0374B add edi, ebx
.text:85D0374D mov ecx, esi
.text:85D0374F call ds:___guard_check_icall_fptr ; _guard_check_icall_nop(x)
.text:85D03755 mov edx, [ebp+var_8]
.text:85D03758 mov ecx, edi
.text:85D0375A call esi使用溢出的sha1块大小后，最终会调用以下函数：
.text:85D01060 @SymCryptSha1AppendBlocks@16 proc near ; CODE XREF: SymCryptSha1Result(x,x)+40↑p
......
.text:85D010A4 mov eax, [ebp+arg_0] -----> here eax gets the overflowed sha1 block size= 0xfffffe7a
.text:85D010A7 mov [esp+0D0h+var_B4], edi
.text:85D010AB mov [esp+0D0h+var_C4], ecx
.text:85D010AF cmp eax, 40h
.text:85D010B2 jb loc_85D02507
.text:85D010B8 mov [esp+0D0h+var_58], ecx
.text:85D010BC mov ecx, [esp+0D0h+var_C0]
.text:85D010C0 mov [esp+0D0h+var_54], ecx
.text:85D010C4 lea ecx, [edx+8] ;
.text:85D010C7 shr eax, 6 -------> the overflowed block size is used as the following loop function counter
.text:85D010CA mov [esp+0D0h+var_60], esi
.text:85D010CE mov [esp+0D0h+var_5C], edi
.text:85D010D2 mov [esp+0D0h+var_68], ecx ;
.text:85D010D6 mov [esp+0D0h+var_50], eax -----> here is the loop counter
......
.text:85D01359 ror edx, 2
.text:85D0135C mov ecx, [ecx+28h]
.text:85D0135F bswap ecx
.text:85D01361 mov [esp+0D0h+var_6C], ecx
.text:85D01365 mov ecx, eax
.text:85D01367 rol ecx, 5
.text:85D0136A mov eax, edi
.text:85D0136C add ecx, [esp+0D0h+var_6C]
.text:85D01370 xor eax, edx
.text:85D01372 and eax, [esp+0D0h+var_C0]
.text:85D01376 xor eax, edi
.text:85D01378 add edi, 5A827999h
.text:85D0137E add eax, ecx
.text:85D01380 mov ecx, [esp+0D0h+var_68]
.text:85D01384 add eax, esi
.text:85D01386 mov esi, [esp+0D0h+var_C0]
.text:85D0138A mov [esp+0D0h+var_84], eax
.text:85D0138E ror esi, 2
.text:85D01391 mov ecx, [ecx+2Ch] ----> after a large loop call, here it results in a read access violation, so the bugcheck (kernel crash) occurs
.text:85D01394 bswap ecx
.text:85D01396 mov [esp+0D0h+var_9C], ecx
.......
.text:85D024DD mov ecx, [esp+0D0h+var_68]
.text:85D024E1 mov [esp+0D0h+var_54], eax
.text:85D024E5 add ecx, 40h ----> memory access pointer increases 0x40 in each loop
.text:85D024E8 mov [esp+0D0h+var_C0], eax
.text:85D024EC mov eax, [ebp+arg_0]
.text:85D024EF sub eax, 40h
.text:85D024F2 mov [esp+0D0h+var_68], ecx
.text:85D024F6 sub [esp+0D0h+var_50], 1 ------> here the loop counter decreases by 1, not equaling 0, to continue the loop. Due to the overflowed large sha1 block size, here a large loop is executed.
.text:85D024FE mov [ebp+arg_0], eax
.text:85D02501 jnz loc_85D010DD
.text:85D02507通过上面的分析我们可以看到，远程内核崩溃的根本原因是LoadLibraryEx函数无法将精心构造的.dll/.lib文件正确解析为资源和数据文件。如果poc.dll包含精心设计的SizeOfHeaders值0x06（正确的值应为0x200），并且该值位于PoC文件中偏移量为0x104处时，就会发生整数溢出。
我们精心设计的大小值，会导致系统算出错误的sha1块大小（一个负值）。由于边界检查不够充分，所以sha1计算函数将进入一个非常大的循环中，导致与内存读取访问发生冲突。最后，导致系统蓝屏（内核崩溃）
解决方案
建议所有受该漏洞影响的Microsoft Windows用户升级到最新的Windows版本或应用最新的修补程序。