从CVE-2018-8495看PC端url scheme的安全问题

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作者:0x7F@知道创宇404实验室
时间:2018年10月18日

 

0x00 前言

本文受 CVE-2018-8495 漏洞的启发,以学习的目的,针对 PC 端 url scheme 的安全问题进行了分析研究。

说到 url scheme 的安全问题,这并不是一个新问题,早在 2008 年就有相关的研究和利用;如今 2018 年又陆续出现了安全问题,包括 1 月的 Electron 命令注入(CVE-2018-1000006) 以及 10 月的 Edge RCE(CVE-2018-8495),可见 url scheme 的安全问题值得去一探究竟。

url scheme 也称为 url protocol 或 url handler,本文使用 url scheme 这个名称。

 

0x01 url scheme是什么

常见的url scheme应用场景

在平时使用电脑的过程中,常常会发现点击某一个链接就会尝试启动本地的应用程序,比如点击类似 mailto://test@test.com,就会启动邮件客户端,点击 thunder://xxxxx,就会启动迅雷客户端;这就是 url scheme 的应用。除此之外,我们使用浏览器也会发现地址栏中一些不同的前缀,常用的有 http://、https://、ftp:// 和 file://,这同样是 url scheme 的应用场景。

各大操作系统开发商和浏览器开发商为了提高用户体验,丰富浏览器的功能,允许开发人员将 URI 与本地的应用程序进行关联,从而在用户使用浏览器时,可以通过点击某一链接即可启动应用程序;将这个功能简称为 url scheme。比如在 windows7 下使用 IE8 启动默认邮件客户端 outlook:

正因为 url scheme 这个优秀的功能设计,各大操作系统开发商都对此进行了支持,无论是 PC 端 Windows, MAC, Linux,还是移动端 iOS, Android 都有良好的支持。本文针对 PC 端下的 url scheme的安全问题进行分析,移动端下同样也有类似的问题,但利用方式不同,这里就不展开了。

url scheme工作流程

在了解 url scheme 的功能后,可以大致理解到 url scheme 的工作流程;应用程序在操作系统中注册 url scheme 项,当浏览器或其他支持 url 的应用访问 特定的 url scheme 时,从系统中匹配相对应的 url scheme 项,从而启动该应用程序;可见这是一个三方相互支持的功能。

正因如此,对于 url scheme 这个功能,在操作系统、浏览器(或其他支持 url 的应用)、应用程序这三个环节中,无论哪个环节出现了安全问题,或者是相互支持出现了问题,都将影响 url scheme 功能,最终给用户带来安全问题。

 

0x02 创建 url scheme

那么 url scheme 功能是如何在操作系统中注册的呢?不同的操作系统都有不同的实现方式,这里以 Windows7 为例进行演示说明。

在 Windows7 上,url scheme 被记录在注册表 HKEY_CLASSES_ROOT 下,如 mailto 的相关字段:

如果要创建一个新的 url scheme,直接在 HKEY_CLASSES_ROOT 添加即可,并在相应的字段中填入对应的值。创建的子项名即为 url scheme 功能名,在该子项下还包含两个项:DefaultIcon 和 shell,DefaultIcon 包含该功能所使用的默认图标路径;在 shell 项下继续创建子项,例如: open,然后在 open 项下创建 command 子项,用于描述应用程序的路径以及参数。

举个例子,创建 calc 用于启动 C:\Windows\System32\calc.exe:

HKEY_CLASSES_ROOT
    calc
    (Default) = "URL:Calc Protocol"
    URL Protocol = ""
    DefaultIcon
    (Default) = "C:\Windows\System32\calc.exe,1"
    shell
        open
            command
                (Default) = "C:\Windows\System32\calc.exe" "%1"

补充一点:实际上,在 Windows 中有两种添加 url scheme 的方式,以上是直接添加注册表的方式(Pluggable Protocol),还有一种是异步可插拔协议(Asynchronous Pluggable Protocol),注册的协议会记录在 HKEY_CLASSES_ROOT\PROTOCOLS\ 下。这里就不展开了,详情可以参考:https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/internet-explorer/ie-developer/platform-apis/aa767916(v%3dvs.85)

 

0x03 安全隐患

对于 url scheme 功能,简单来讲就是「通过 url 可以启动某一个本地的应用程序」,这无疑大大提高了用户体验,但同时引入一些安全隐患,比如用户可以通过浏览器启动一个恶意程序,或者用户启动的应用程序具有特殊的功能可以被调用(如:删除文件、启动网络连接)。

除此之外,对于包含 url 的的相关应用,用户是往往作为一个使用者、阅读者,而不是编辑者;也就是说 url 可以被攻击者恶意构造,从而达到远程启动本地应用程序的效果。

那么在操作系统中,有哪些 url scheme 是可以被调用的呢?这里提供三个脚本用于导出三大 PC 系统下 url scheme:

Windows: [https://images.seebug.org/archive/duh4win.vbs]

MAC: [https://images.seebug.org/archive/duh4mac.m]

Linux: [https://images.seebug.org/archive/duh4linux.sh]

(脚本来源于:https://www.blackhat.com/presentations/bh-europe-08/McFeters-Rios-Carter/Whitepaper/bh-eu-08-mcfeters-rios-carter-WP.pdf)

运行脚本程序,可以看到系统下有不少可以调用的 url scheme,其中包括操作系统默认支持的,如 http、ftp、mailto,也有第三方的应用程序,如 qq、thunder;如果这些应用程序出现安全问题,比如支持删除文件、启动另一个程序等敏感操作,最终在 url scheme 的帮助下,都将远程触发的安全问题。

除了应用程序可能出现的安全问题,浏览器(或其他程序)在进行 url 解析并启动应用程序的过程也可以出现安全问题;并且这三方相互支持的过程中,仍然可能出现问题;无论是哪一个环节出现的安全问题,其危害最终都会在 url scheme 下被放大。

本文就这以上可能出现安全问题的环节进行分析,并举例说明。

 

0x04 操作系统的问题

在 2007 年,Heise Security 公开了由 「url scheme 导致远程命令执行」的漏洞,其出现在 Windows XP 下已安装 IE7 版本的系统中,影响范围包括所有支持 url scheme 的应用程序。

其构造的 PoC 如下:

mailto:test%../../../../windows/system32/calc.exe".cmd

在 Windows XP 下运行结果如下:

图片来源于:http://www.h-online.com/security/news/item/URI-problem-also-affects-Acrobat-Reader-and-Netscape-733744.html

其造成漏洞的原因是由于微软通过安装适用于 Windows XP 的 IE7 改变了操作系统对 url 的处理,而应用程序直接将路径传递给操作系统用于启动,最终导致包含 % 字符的特殊链接导致启动任意程序。

在漏洞公开后,微软并没有发布修复补丁,并且认为这不是 Windows XP 的原因,随后各大应用程序开发人员对该漏洞进行了修复。当然,上层应用可以对输入的参数进行检查,但这里也可以认为是操作系统方面的问题,导致了 url scheme 远程命令执行。

 

0x05 浏览器的参数注入

2018 年,在 url scheme 的安全问题中,有两个问题是由于 Windows 下的 IE 和 Edge 参数注入引发的,其中一个是 Electron 自定义协议命令注入(CVE-2018-1000006),另一个是 Edge 远程代码执行(CVE-2018-8495)。

在 Windows 下 IE 和 Edge 对 url scheme 的处理方式有些不同,在浏览器接收到一个 url scheme后,访问注册表查询对应的应用程序路径,随后进行 url 解码,然后调用 ShellExecute 函数簇,启动应用程序;正是因为 url 解码这一步造成了双引号闭合,从而引起了参数注入问题。示意图如下:

Electron 自定义协议命令注入

2018 年 1 月,Electron 发布了由自定义协议而导致命令注入的安全公告(CVE-2018-1000006),由于参数注入而引发的问题,构造的 PoC 如下:

chybeta://?" "--no-sandbox" "--gpu-launcher=cmd.exe /c start calc

使用 IE 浏览器访问该链接,最终生成的启动参数如下:

electron.exe "//?" "--no-sandbox" "--gpu-launcher=cmd.exe /c start calc"

通过参数注入,调用 electron 中支持的 –gpu-launcher 参数,传入 cmd.exe 启动计算器,如下图:

图片来源于:https://xz.aliyun.com/t/1990,详情可以参考这个链接。

Edge 远程代码执行

2018 年 10 月,Edge 公开了远程代码执行的安全公告(CVE-2018-8495),同样也是利用参数注入,最终达到了远程代码执行的效果;整个利用过程颇具巧妙性,本文对此进行详细的分析。

首先说一点的是,在 Edge 中居然可以打开一些不合法的 url scheme(没有包含 URL Protocol 字段),比如 WSHFile 项:

当然在 Windows7 和 Windows8 下不能打开。

而恰恰 WSHFile 项指向了 wscript.exe,这个应用程序非常熟悉是Windows 内置的脚本解释器,那么可以利用 WSHFile 尝试去运行一个脚本;除此之外,上文提到 Edge 浏览器中存在参数注入的问题,那么是否有脚本可以接收参数并用于执行呢?

漏洞作者最终找到:

C:\Windows\WinSxS\amd64_microsoft-windows-a..nagement-appvclient_
31bf3856ad364e35_10.0.17134.48_none_c60426fea249fc02\SyncAppvPublishingServer.vbs

该脚本文件支持接收参数,并且会将命令直接拼接到字符串中,然后通过 powershell 进行执行。

psCmd = "powershell.exe -NonInteractive -WindowStyle 
 Hidden-ExecutionPolicy RemoteSigned -Command &{" & syncCmd & "}"

最终构造的 PoC 如下:

<a id="q" href='wshfile:test/../../WinSxS/AMD921~1.48_/SyncAppvPublishingServer.vbs" test test;calc;"'>test</a>
<script>
window.onkeydown=e=>{
    window.onkeydown=z={};
    q.click()
}
</script>

以及执行后触发的效果:

目前 Windows10 上已经发布了修复补丁,Edge 已经不能调用这种不合法的 url scheme 了。

除此之外,404实验室的小伙伴在分析漏洞的过程中,也有一些额外的发现,如在注册表 HKEY_CLASSES_ROOT 还发现了和 WSHFile 类似的 url scheme,都指向 wscript.exe,同样也可以触发远程代码执行。包括:

1.wshfile
2.wsffile
3.vbsfile
4.vbefile
5.jsefile

还有在 C:\Windows\System32\ 下也存在 SyncAppvPublishingServer.vbs,同样也可以利用,并且比漏洞作者所提供的更加可靠。

除了 SyncAppvPublishingServer.vbs 这个文件, 在 C:\Windows\System32\Printing_Admin_Scripts\zh-CN 下的 pubprn.vbs 也同样可以触发代码执行。

补充一点,在 Windows7 系统下 chrome 与 Edge 有相同的特性——会打开一些不合法的 url scheme,但由于 chrome 不存在参数注入的问题,所以可以暂且认为是安全的。

 

0x06 应用程序的问题

2017 年 12 月,macOS 上的 helpViewer 应用程序被公开由 XSS 造成文件执行的漏洞(CVE-2017-2361),影响 macOS Sierra 10.12.1 以下的版本;该漏洞同样也利用了 url scheme,攻击者可以构造恶意页面,从而发动远程攻击。这是典型的由于应用程序所导致的 url scheme 安全问题。

漏洞详情可以参考:https://bugs.chromium.org/p/project-zero/issues/detail?id=1040&can=1&q=reporter%3Alokihardt%40google.com%20&sort=-reported&colspec=ID%20Status%20Restrict%20Reported%20Vendor%20Product%20Finder%20Summary&start=100

其构造的 PoC 如下:

document.location = "help:///Applications/Safari.app/Contents/
Resources/Safari.help/%25252f..%25252f..%25252f..%25252f..%25252f..%25252f..
%25252f/System/Library/PrivateFrameworks/Tourist.framework/Versions/A/
Resources/en.lproj/offline.html?redirect=javascript%253adocument.write(1)";

在这个漏洞的利用过程中,可以发现操作系统和浏览器并没有出现问题,而是通过 url scheme 打开的应用程序出现了问题。通过对利用链的分析,可以了解到其中几个巧妙的点:

  1. 利用 url scheme 中的 help 协议打开应用程序 Safari.help
  2. 使用双重 url 编码绕过 helpViewer 对路径的检查,打开一个可以执行 JavaScript 的页面
  3. 使用 helpViewer 的内置协议 x-help-script 打开应用程序(PoC不包含)

 

0x07 总结

url scheme 功能的便捷性得力于操作系统、浏览器(或其他支持 url 的应用)以及应用程序三方的相互支持;要保证 url scheme 功能安全可靠,就必须牢牢把关这三方的安全。

除此之外,不同的操作系统对 url scheme 实现方式不同,不同的浏览器也有自己的特性,应用程序也各有各的处理方式,多种组合的结果,就有可能出现一些意料之外的安全问题。

最后感谢 404 实验室小伙伴 @LoRexxar’ 与 @dawu 在分析过程中给我的帮助。

 

References:

  1. CVE-2018-8495分析: https://leucosite.com/Microsoft-Edge-RCE/
  2. Seebug.paper: https://paper.seebug.org/515/
  3. 先知: https://xz.aliyun.com/t/1990
  4. electronjs: https://electronjs.org/blog/protocol-handler-fix
  5. blackhat: https://www.blackhat.com/presentations/bh-europe-08/McFeters-Rios-Carter/Whitepaper/bh-eu-08-mcfeters-rios-carter-WP.pdf
  6. blackhat: https://www.blackhat.com/presentations/bh-dc-08/McFeters-Rios-Carter/Presentation/bh-dc-08-mcfeters-rios-carter.pdf
  7. oreilly: https://www.oreilly.com/library/view/hacking-the-next/9780596806309/ch04.html
  8. Github: https://github.com/ChiChou/LookForSchemes
  9. MSRC.CVE-2018-8495: https://portal.msrc.microsoft.com/en-US/security-guidance/advisory/CVE-2018-8495
  10. Microsoft: https://docs.microsoft.com/en-us/windows/uwp/launch-resume/reserved-uri-scheme-names
  11. Microsoft: https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/internet-explorer/ie-developer/platform-apis/aa767914(v=vs.85)
  12. Microsoft: https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions/windows/internet-explorer/ie-developer/platform-apis/aa767916(v%3dvs.85)
  13. h-online: http://www.h-online.com/security/news/item/URI-problem-also-affects-Acrobat-Reader-and-Netscape-733744.html
  14. chromium: https://bugs.chromium.org/p/project-zero/issues/detail?id=1040&can=1&q=reporter%3Alokihardt%40google.com%20&sort=-reported&colspec=ID%20Status%20Restrict%20Reported%20Vendor%20Product%20Finder%20Summary&start=100

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