[CVE--1732] win32k内核提权漏洞分析
作者：曹 磊（@iamelli0t）/ 深信服南研安全研究团队
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CVE-2021-1732是今年二月份被披露的蔓灵花（BITTER）APT组织在某次攻击行动中使用的0Day漏洞【1】【2】【3】。该漏洞利用Windows操作系统win32k内核模块一处用户态回调机会，破坏函数正常执行流程，造成窗口对象扩展数据的属性设置错误，最终导致内核空间的内存越界读写。当受影响版本的Windows操作系统用户执行攻击者构造的利用样本时，将会触发该漏洞，造成本地权限提升【4】。
1. 漏洞原理分析
CVE-2021-1732漏洞形成的根本原因是：
Windows窗口创建（CreateWindowEx）过程中，当遇到窗口对象tagWND有扩展数据时（tagWND.cbwndExtra != 0），会通过nt!KeUserModeCallback回调机制调用用户态ntdll!_PEB.kernelCallbackTable（offset+0x58）里的函数：user32!_xxxClientAllocWindowClassExtraBytes，从而在用户态通过系统堆分配器申请（RtlAllocateHeap）扩展数据的内存。通过在用户态hook user32!_xxxClientAllocWindowClassExtraBytes函数，并在hook函数中手动修改窗口对象扩展数据的属性，可以破坏内核态为窗口对象扩展数据申请内存的原子操作，最终实现基于窗口对象扩展数据内存的越界读写能力。
Windows窗口创建（CreateWindowEx）过程的正常流程如下图（部分）：
通过上图可以知道：当窗口的扩展数据大小tagWND.cbWndExtra不为0时，win32kfull!xxxCreateWindowEx 内部通过内核回调机制调用用户态user32!_xxxClientAllocWindowClassExtraBytes函数，在用户空间申请窗口对象扩展数据所需内存，最终将指针返回给窗口对象的tagWND.pExtraBytes属性：
内核窗口对象tagWND的扩展数据有两种保存方式：
1）保存于用户态系统堆：即上图所示的正常流程，用户态系统堆申请的扩展数据内存指针直接保存于tagWND.pExtraBytes。
基于用户态系统堆模式的一个tagWND内存布局如下图所示：
2）保存于内核态桌面堆：函数NtUserConsoleControl调用会通过DesktopAlloc在内核态桌面堆分配内存，计算分配的扩展数据内存地址到桌面堆起始地址的偏移，保存在tagWND.pExtraBytes中，并修改tagWND.extraFlag |= 0x800：
基于内核态桌面堆偏移模式的一个tagWND内存布局如下图所示：
因此可以通过hook回调user32!_xxxClientAllocWindowClassExtraBytes，在回调期间手动调用NtUserConsoleControl修改tagWND的扩展数据保存方式。然后在回调返回前手动调用ntdll!NtCallbackReturn：
通过ntdll!NtCallbackReturn返回用户态可控offset值至tagWND.pExtraBytes，最终实现基于内核态桌面堆起始地址的可控offset越界读写能力。
修改后可以触发漏洞的流程如下：
根据上面修改的流程图，漏洞触发的关键步骤如下：
1）修改PEB.kernelCallbackTable中user32!_xxxClientAllocWindowClassExtraBytes函数指针为自定义hook函数。
2）创建一些普通窗口对象，通过user32!HMValidateHandle泄漏这些tagWND内核对象在用户态映射的内存地址。
3）释放2）中创建的部分普通窗口对象，再次创建指定tagWND.cbwndExtra大小的窗口对象hwndMagic。此时该窗口对象有一定几率使用之前释放的窗口对象内存。因此在自定义hook函数中搜索之前泄漏的窗口对象用户态映射内存地址，通过比较tagWND.cbwndExtra，就可以在CreateWindowEx返回前找到hwndMagic。
4）hook函数中调用NtUserConsoleControl修改hwndMagic的extraFlag |= 0x800。
5）hook函数中调用NtCallbackReturn将伪造offset赋值给hwndMagic的pExtraBytes。
6）调用SetWindowLong，向内核态桌面堆起始地址+指定offset越界写入数据。
hook函数一种实现如下：
BSOD现场堆栈情况：
2. 漏洞利用分析
由漏洞原理分析部分知道：
通过该漏洞，可以获得”一次修改基于内核态桌面堆起始地址+指定offset地址数据的机会“。对于内核态的漏洞，攻击目标一般是获得system权限，一种常用方法为：
1）利用漏洞获得内核态任意地址读写权限
2）泄漏内核对象地址，通过EPROCESS链查找system进程
3）拷贝system进程token至本进程，完成提权工作
这里的难点为1）：即如何利用”一次修改基于内核态桌面堆起始地址+指定offset地址数据的机会“，实现内核态任意地址读写。一种利用思路如图所示：
1）首先利用漏洞，tagWNDMagic的附加数据（wndMagic_extra_bytes）的offset可控，可以通过SetWindowLong实现从桌面堆基址+可控offset的指定地址数据修改。
2）利用漏洞能力修改tagWNDMagic.pExtraBytes为tagWND0对象的offset (tagWND0的offset 由tagWND0+0x8获得)，调用SetWindowLong修改tagWND0.cbWndExtra = 0x0fffffff，从而获得一个可越界读写的tagWND0.pExtraBytes。
3）计算tagWND0.pExtraBytes到tagWND1的offset，利用2）中获得的可越界读写的tagWND0.pExtraBytes，调用SetWindowLongPtr修改tagWND1的spMenu指向伪造的spMenu，从而借助伪造的spMenu和GetMenuBarInfo实现任意地址读能力。
GetMenuBarInfo读取指定地址数据的逻辑如下，读取的16字节数据被保存在MENUBARINFO.rcBar结构体中：
4）利用3）中获得的可越界读写的tagWND0.pExtraBytes，修改tagWND1.pExtraBytes到指定地址，借助tagWND1的SetWindowLongPtr，获得任意地址写入能力。
5）获得任意地址读写权限后，需要泄漏一个桌面堆上的内核对象地址来定位EPROCESS，这里步骤3）中为tagWND1设置伪造spMenu时SetWindowLongPtr返回值就是原spMenu的内核地址，可以直接利用。最后通过遍历EPROCESS链查找system进程，并拷贝system进程token至本进程完成提权，此类方法比较常见，不再详述。
最终完整的提权演示：
3. 参考文献
[1] https://msrc.microsoft.com/update-guide/vulnerability/CVE-2021-1732
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Privilege_escalation
4. 团队简介
深信服南研安全研究团队专注于高级威胁攻击，在野漏洞利用追踪、研究、检测，攻防对抗等方向的研究工作。团队成员曾在Windows，MacOS/iOS，Linux/Android等主流操作系统中发现了上百个安全漏洞，在BlackHat USA、BlackHat Europe、BlackHat Asia、HITB、Microsoft BlueHat、CodeBlue、HITCON、Virus Bulletin、Pacsec、看雪SDC、Freebuf CIS等国内外知名安全会议上发表过演讲和论文。
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