Microsoft Store游戏提权漏洞分析(CVE-2020-16877)

阅读量    137917 | 评论 1

分享到: QQ空间 新浪微博 微信 QQ facebook twitter

 

0x00 前言

本文描述了Windows特权提升漏洞(CVE-2020-16877),我在6月向微软报告了这一问题,该问题在10月进行了修复。通过这一漏洞,攻击者可以直接利用Windows处理Microsoft Store游戏过程中的缺陷实现攻击,最终在Windows 10系统上从普通用户提升到Local System权限。

 

0x01 简介

早在今年6月,有一个公告引起了我的注意,微软刚刚在游戏子系统中增加了对各种游戏MOD的支持。由于好奇心,我开始探索Windows中的这个新功能,最终发现了一个实现中存在的缺陷,可以利用该缺陷进行特权提升攻击。

本篇文章是由我贴在显示器上的多个便利贴整合而成,详细介绍了我发现该漏洞的过程。

在我们开始研究这一功能之前,首先需要具备一些Windows应用程序和游戏模块的背景知识。如果大家已经熟悉这些概念,可以直接跳过下一章节。

 

0x02 关于Windows游戏和MOD

如果大家对视频游戏不太了解,实际上MOD是“modification”的缩写,是指玩家或粉丝对视频游戏做出的修改,他们会修改视频游戏的一个或多个方面,例如外观或行为。MOD的变化可以是细微调整,也可以是彻底的大改,这会让游戏变得非常有趣。

通常,Microsoft Store游戏都是以Windows应用程序形式部署的通用Windows平台(UWP)应用程序。

根据微软的官方文档,UWP应用程序满足以下特点:

1、安全性:UWP应用程序会声明它们访问哪些设备资源和数据。用户必须授权该访问。UWP应用程序使用清单来指定所需的功能,例如访问麦克风、特定位置、网络摄像头、USB设备、文件等等。

2、能够在运行Windows 10的所有设备上使用通用的API。

3、可以在Windows 10运行的所有设备上,使用Microsoft Store来获取这些应用程序。

4、能够自由安装和卸载,不会对主机产生风险,不会在卸载后留下残留文件。

我们可以将UWP应用程序视为沙盒应用程序,在应用程序包(Appx)的清单中定义了其功能(例如:文件系统访问、网络访问等)。

Appx是用于在Windows 10、Xbox One、HoloLens和Windows 10 IoT和新版本上分发和安装应用程序的文件格式。与传统的桌面应用程序不同,Appx是UWP应用程序唯一支持的安装系统。

Windows应用程序存储在系统上一个特殊的“隐藏”目录中(C:\Program Files\WindowsApps),该目录具有严格的访问规则,可以阻止任何类型的游戏MOD或普通用户交互:

下图展示了这个目录的权限:

以前,由于Microsoft Store游戏不支持MOD,因此玩家一直在寻找变通的方式来修改自己喜欢的游戏(例如:Minecraft – Microsoft Store版)。举例来说,为了在UWP应用上实现DLL注入,所有应用程序包(S-1-15-2-1)组都应该具有对Windows应用程序中注入的DLL的R+X权限。

在我们对Windows应用程序的生态系统和游戏MOD有了基本了解之后,就可以进入到研究之中。

 

0x03 研究思路

在将游戏安装到系统上之前,我首先考虑了微软可能会如何实现这一功能。我有两个猜测:

1、WindowsApps目录中存在一个新的子目录,普通用户可以访问。

2、有一个单独的目录被放在普通用户可访问的目录中。

因此,我执行了一个附加步骤,在主驱动器上搜索了“*WindowsApps*”关键词,得到以下结果:

为了让游戏支持MOD,Windows似乎创建了一个新的目录,即C:\Program Files\ModifiableWindowsApps,顾名思义,这个目录应该是用来保存可以修改的Windows应用程序。

接下来的思路是查看该目录和其中内容的权限,但是遗憾的是,里面还没有任何内容。但至少,我可以在没有管理员提示的情况下访问这个目录。

此时我们对C:\Program Files\ModifiableWindowsApps的权限:

我在网上快速检索了和这个目录有关的内容,发现了以下线索:

1、我们在desktop6:MutablePackageDirectory这篇微软官方文档(发布日期为2019年4月19日)找到对ModifiableWindowsApps目录的引用,其中提及了这一目录,“在%ProgramFiles%\ModifiableWindowsApps路径下指定一个文件夹,用于映射桌面应用程序安装文件夹中的内容,以便用户可以修改安装文件(例如:安装MOD)”。

2、在desktop6:MutablePackageDirectories这篇官方文档中(发布日期为2019年4月19日)提到了该目录,“让桌面应用程序可以指定一个或多个文件夹,用户可以在其中修改应用程序的安装文件(例如:安装MOD)”。

3、还有最重要的一个线索,“该元素当前仅应由微软及其合作伙伴发行的某些类型的桌面PC游戏使用,需要modifiableApp的受限功能”。

也就是说,这个功能仅限于微软审核和批准的某些游戏,以便允许游戏在清单中指定modifiableApp功能,从而允许MOD的使用。

 

0x04 小结

到目前为止,回顾一下我们已知的情况:

1、Windows允许修改一些Microsoft Store游戏;

2、这是通过允许某些游戏开发人员使用受限功能(modifiableApp)在商店上发布UWP游戏来实现的;

3、modifiableApp功能允许Microsoft Store游戏支持Windows MOD和大量新的API。

4、这些可修改的Windows应用程序可以通过MutablePackageDirectoryMutablePackageDirectories指定存储其可修改数据的目录。

 

0x05 继续探索

到这里,为了继续我的探索,我需要在Microsoft Store上找到支持MOD的游戏列表,然后选择作为目标的游戏。幸运的是,微软有一篇关于Microsoft Store支持MOD的文章,提供了这些游戏列表:

DiRT Rally 2.0
Farming Simulator 17
FTL: Faster Than Light
Into The Breach
MudRunner

我决定选择Faster Than Light这款游戏。

为了确认我对Windows应用程序修改方法的理解是否准确,我迅速浏览了游戏清单,并确认其中是否存在“特殊”的功能(modifiableApp):

确认部署游戏数据的目录位置,我在安装游戏后检查了ModifiableWindowsApps目录,对于FTL这款游戏来说,目录名称是MutablePackageDirectory

有了这些信息,我继续以普通用户身份再次安装游戏,并使用ProcMon监控安装过程。

ProcMon提供了一些关于Microsoft Store是如何安装支持MOD游戏的线索:

1、该过程涉及到两个主要的进程:

(1)svchost(以NT AUTHORITY\SYSTEM运行)

(2)GamingServices(以S-1-5-18运行)

2、这些进程执行了一些值得关注的文件操作,并且在此过程中没有模拟低特权用户。

在准备了一台意式咖啡机后,我决定继续花时间,来研究这种安装机制。

 

0x06 遇到问题

默认情况下,存储Windows游戏的ModifiableWindowsApps目录不允许普通用户对安装目录或内容进行操作:

微软之所以要限制游戏目录(和父目录)访问的原因,是为了防止普通用户劫持安装进程,并将游戏数据放置到不需要的目录中。攻击者通过符号链接的方式,可以实现这一点。

具体而言,在Windows上,可以通过以下方式创建符号链接:

1、硬链接(Hard Link):硬链接是文件系统的一种表示形式,可以让多个路径引用同一个卷内的单个文件。

2、连接点(Junction):连接点(也称为软链接,Soft Link)与硬链接的不同之处在于,它引用的存储对象是单独的目录,并且连接点可以链接位于同一计算机上不同本地卷上的目录。

3、对象管理器符号连接:这是一种类似于文件系统的结构,用于保存命名资源,例如设备和事件,它也支持符号链接。

如果大家想了解关于符号链接的更多信息,可以参考James Forshaw(@tiraniddo)的文章

如果我能够获得对ModifiableWindowsApps目录的写访问权限,那么我就可以尝试将游戏安装重定向到系统上的任意目录,包括普通用户无法访问的目录,因为安装进程是以高特权用户身份运行的。

那么,假设我能够针对ModifiableWindowsApps目录创建原始的连接点,也许可以按照下述步骤将安装程序劫持到任意目录(即:C:\Windows\ImmersiveControlPanel),从而绕过访问限制。

C:\Windows\ImmersiveControlPanel的权限:

遗憾的是,如果要设置任何符号链接,普通用户需要具有对ModifiableWindowsApps或其任意子目录的写入权限。

而这是不可行的,因为不能替换ModifiableWindowsApps,因为它已经作为系统的一部分,并且有严格的访问规则来保护此目录及其中的内容(即:FTL游戏目录)。

到这里难道结束了吗?还没有…

 

0x07 调整思路

我需要的,是一种“提升”ModifiableWindowsApps目录,并将其放置在我可以访问的系统的其他位置的方法。至少是在重定位完成之前,都需要依赖于这种方式。

我关注到,Windows中包含一个简洁的功能,可以定义普通用户可访问的各种数据的存储位置。可以通过存储设置来访问此功能。

该功能显然适用于Windows应用程序,我想确认此功能也适用于可修改的Windows应用。因此,我将新应用程序的目标驱动器设置为系统上的其他驱动器,然后再次尝试安装过程。ModifiableWindowsApps目录和游戏都放置在新驱动器上。

如果将其部署在其他驱动器(而不是C:)上,这可能是一种获得对ModifiableWindowsApps目录的写访问权限的方法,我需要做的就是准备目标驱动器(可以是系统上的任何其他盘符,也甚至是空白U盘),再结合连接点,通过“存储设置”诱使安装程序执行。

 

0x08 接受挑战

现在,是时候将上述整合到一起,并尝试利用这种机制了,我们看看之前设想的方案是否有效,以及是否能发现一个实现层面的缺陷。

首先,我使用以下命令,将连接点设置为劫持安装程序(我们假设使用D盘作为另外的驱动器):

    md "D:\Program Files"
    mklink /J "D:\Program Files\ModifiableWindowsApps" "C:\Windows\ImmersiveControlPanel"

然后,调整Windows应用程序中“存储设置”对应的位置:

安装游戏:

使用ProcMonc监控安装过程:

确认游戏数据实际上已经写入到我的任意目录中:

至此,我们确认普通用户可以将数据写入系统上的任意目录,但是删除文件是否能成功呢?我想到的第一种方法,是尝试卸载游戏。

遗憾的是,卸载过程仅仅删除了游戏文件(存储在实际的游戏目录中),似乎没有接触任何不相关的数据。

但是,如果游戏目录本身就是连接点呢?如果我们使用两个连接点来欺骗安装程序,使其认为游戏安装目录本身是系统上的另一个目录,情况会怎么样?

这样一来,当安装程序尝试删除游戏数据时,就会删除系统上任意目录的内容(例如存储在管理员桌面上的“Private”目录):

我再次准备了攻击环境,对其稍作改动,使用两个连接点让安装程序指向目标,从而实现任意目录删除:

    md "D:\Program Files"
    md "D:\pivot"
    mklink /J "D:\Program Files\ModifiableWindowsApps" "D:\pivot"
    mklink /J "D:\pivot\FTL" "C:\Users\dnt-admin\Desktop\private"

在设置环境后,我尝试了之前任意写入的方案,在实施过程中仅做了些微更改。实际上,如果要触发删除,需要在Microsoft Store中终端安装(在下载完成后),或者等待安装程序抛出错误。

这样一来,就清除了目标目录中的所有数据。

这里需要额外说明的是,可以通过多个符号链接的组合(以及不同级别),完全控制安装程序将游戏数据写入的位置,或者完全控制要删除哪些文件。

 

0x09 演示

在这里,我将我使用普通用户进行漏洞利用的过程生成了一个GIF,最终获得了以nt authority\system权限运行的shell:

感谢大家的阅读。

分享到: QQ空间 新浪微博 微信 QQ facebook twitter
|推荐阅读
|发表评论
|评论列表
加载更多