CVE-2021-1732 LPE漏洞分析

概述

　　CVE-2021-1732是一个发生在windows内核win32kfull模块的LPE漏洞，并且由于创建窗口时调用win32kfull!xxxCreateWindowEx过程中会进行用户模式回调（KeUserModeCallback），从而给了用户态进程利用的机会。

　　该漏洞由安恒信息在2020年12月在野外攻击样本中发现，在2021年2月份公开披露。相关样本在2020年APT组织蔓灵花针对国内的一次攻击中作为提权组件被发现。

分析

　　Windows中创建窗口时，会调用API CreateWindowEx，最终在内核会调用至win32kfull!xxxCreateWindowEx。在win10 1909上调试时调用堆栈回溯如下：

　　... ... win32kfull!xxxCreateWindowEx+0x1259

　　... ... win32kfull!NtUserCreateWindowEx+0x6a0

　　... ... nt!KiSystemServiceCopyEnd+0x25

　　... ... win32u!NtUserCreateWindowEx+0x14

　　... ... USER32!VerNtUserCreateWindowEx+0x211

　　... ... USER32!CreateWindowInternal+0x1b4

　　... ... USER32!CreateWindowExW+0x82

　　win32kfull模块的xxxCreateWindowEx函数为最终负责窗口对象创建的过程。CVE-2021-1732主要是在win32kfull!xxxCreateWindowEx调用win32kfull! xxxClientAllocWindowClassExtraBytes进行窗口扩展内存时触发。xxxClientAllocWindowClassExtraBytes函数中会调用KeUserModeCallback进行用户模式回调，以在用户模式执行回调。该函数中指定的回调ApiNumber为0x7B，即为user32! _xxxClientAllocWindowClassExtraBytes。相关回调函数表可在PEB->KernelCallBackTable中查看。

　　查看user32! _xxxClientAllocWindowClassExtraBytes，只是在用户模式当前进程堆中分配了指定大小的空间，并将分配的堆地址通过NtCallbackReturn传回内核。

　　由于用户模式回调函数的执行是在用户态进行，因此用户可以直接从进程中对该函数进行Hook，改变执行流程。

　　分析时使用POC为https://github.com/KaLendsi/CVE-2021-1732-Exploit，经过和原始样本的比对，可以发现该POC是对原始样本的完全还原，仅是在部分变量名含义上不正确。

　　漏洞首先对user32! _xxxClientAllocWindowClassExtraBytes进行Hook，在之后进程每次调用CreateWindowExW创建窗口时将会走到Hook函数处。替换后的KernelCallBackTable如下所示：

　　接着创建多个普通窗口，后续都会经过Hook函数。对于普通窗口，Hook函数仍旧按照旧流程，为其调用user32! _xxxClientAllocWindowClassExtraBytes。判断依据是传入的参数值，即tagWnd. cbwndExtra，相关细节在创建利用窗口时再说。

　　不过虽然普通窗口的创建仍是走的正常流程，但是会记录每个创建窗口的对象地址。窗口对象地址利用HMValidateHandle进行泄露。该函数未导出，不过可以通过调用了该函数的其他API进行搜寻，比如IsMenu。

　　调用方式为HMValidateHandle(HANDLE h, int type)，传入窗口句柄和type值，如果句柄类型和参数type一致，返回句柄对应的对象在用户态内存的地址，值得注意的是，该调用成功返回值实际为poi(tagWnd+0x28)。窗口传入type为1。

　　1：TYPE_WINDOW

　　如此连续创建多个窗口，查询（VirtualQuery）每个窗口对象所在内存块的基址，记录其中最小的基址。接着除了窗口0和1，调用DestroyWindow销毁其余窗口。保留下的窗口0和1将结合后续将创建的magicWnd进行漏洞利用，而记录的最小基址将用于搜寻magicWnd。

　　对比窗口0和1分别相对于桌面堆的偏移，较小者和较大者分别记为WndMin、WndMax。偏移值位于窗口对象tagWnd对象偏移0x08处。

　　tagWnd对象结构部分偏移如下：

　　+0x00 Handle

　　+0x08 cLockObj

　　+0x10 unk

　　　　++0x00 ETHREAD

　　　　　　... ...

　　　　　　+++0x220 EPROCESS

　　　　　　　　... ...

　　　　　　　　++++0x2e8 UniqueProcessId

　　　　　　　　++++0x2f0 ActiveProcessLinks

　　　　　　　　++++0x360 Token

　　　　　　　　++++0x3e8 InheritedFromUniqueProcessId

　　　　　　　　... ...

　　+0x18

　　　　++0x80 桌面堆基址

　　... ...

　　+0x20 pSelf

　　+0x28

　　　　++0x00 Handle

　　　　++0x08 *(tagWnd+0x28)相对于桌面堆基址的偏移

　　　　++0x18 exStyle

　　　　++0x1c dwStyle

　　　　++0x98 spMenu

　　　　　　... ...

　　　　　　+++0x50 tagWnd

　　　　　　... ...

　　　　++0xc8 cbwndExtra，指定Extrabytes字节数

　　　　++0xe8 不明flag，flag|=0x800可指定pExtrabytes属性为偏移

　　　　++0x128 pExtrabytes，指向分配的Extrabytes内存

　　... ...

　　+0xa8 spMenu

　　　　... ...

　　　　++0x50 tagWnd

　　　　... ...

　　窗口销毁后调用NtUserConsoleControl，指定参数ConsoleControl为6，ConsoleCtrlInfoLength为0x10，将窗口WndMin对象pExtrabytes（0x128）字段属性设置为偏移，设置成功后pExtrabytes字段值为相对于桌面堆的偏移值，而0xe8处的flag将|=0x800。重新申请后的Extrabytes内存大小由poi(poi(tagWnd+0x28)+0xc8)指定。

（由于中间反复调试过几次，截图之间的数据可能有些对不上）

　　然后创建一个magic窗口WndMagic，同之前一样，会执行到xxxClientAllocWindowClassExtraBytes的Hook函数处。此时将进入另一分支，触发Hook函数真正作用流程。判断方式是传入的参数值，之前创建的普通窗口和现在的magic窗口指定的cbWndExtra值是不同的，普通窗口固定为32字节，magic窗口为一个随机值。

　　而wndClass.cbWndExtra值将被赋值到窗口对象poi(tagWnd+0x28)+0xc8处，并作为ExtraBytes内存分配时的大小指定值，然后进行用户模式回调。用户态回调函数执行结束后返回内存地址到内核，赋值到poi(tagWnd+0x28)+0x128处。而Hook函数的目的就是为了返回一个虚假偏移，指向其他地址，实现可任意地址写的功能。

　　窗口创建过程中，执行到Hook函数中，通过比对传入的参数值和随机值，可确定此次创建是WndMagic。不过此时win32kfull! xxxCreateWindowEx尚未执行完毕，所以HWND句柄值还未返回，尚不可知。然而在进行额外内存进行创建时，窗口对象部分属性已经完成初始化，比如句柄值、窗口属性、扩展属性等。

　　所以通过匹配cbWndExtra值，再比对窗口扩展属性值exStyle（此次利用中所有窗口属性值都设置为了WS_EX_NOACTIVATE [0x8000000]），一致的情况下可以大概率确认WndMagic位置，自然可通过偏移获取到相应属性值。

　　获取WndMagic窗口句柄后，调用NtUserConsoleControl设置magic窗口pExtrabytes属性为相对于桌面堆的偏移。接着再借助NtCallbackReturn将普通窗口WndMin对象poi(tagWnd+0x28)+0x08处的值传回内核，从而结束回调。而poi(tagWnd+0x28)+0x08的值为poi(tagWnd+0x28)基于桌面堆基址的内存偏移，因此这里将导致WndMagic对象pExtrabytes值实际是指向WndMin窗口对象的偏移。

　　之后调用SetWindowLongW，指定参数为（WndMagic句柄、Index=0x128、WndMin对象在内存中的偏移），返回数据应为原偏移处的旧数据，所以此处返回值为Hook函数中返回的WndMin虚假偏移。

　　　　LONG SetWindowLongW(

　　　　　　[in] HWND hWnd,

　　　　　　[in] int nIndex,

　　　　　　[in] LONG dwNewLong

　　　　);

　　调用API SetWindowLongW最终执行到win32kfull! xxxSetWindowLong。Index大于等于0的情况下会执行到下图所示的位置。而此次利用中wndClass.cbClsExtra指定为0 ，poi(tagWnd+0x28)+0xfc也持续为0，可以忽略。因为poi(tagWnd+0x28)+0xe8已被设置0x800属性，所以poi(poi(tagWnd+0x28)+0x128)+DesktopHeapBaseAddr+Index=tagWnd_WndMin+0x128。也就是说虽是对WndMagic进行的操作，实际上实对WndMin对象pExtrabytes字段的写入，值为自身WndMin在桌面堆中的偏移。

　　然后执行SetWindowLongW(hWndMagic, offset_0xc8, 0xFFFFFFF)，设置WndMin对象poi(tagWnd+0x28)+0xc8处cbwndExtra值设为0xFFFFFFF，扩大可以写入的范围，在xxxSetWindowLong和xxxSetWindowLongPtr中都存在对该值和Index的大小比较判定。

　　现在WndMagic可控制WndMin，而WndMax对象偏移已知，因此也可控制，可以实现任意位置写。接着就是对任意位置数据读，这里采用的的是API GetMenuBarInfo，对Menu Bat信息的获取，这种利用一次可以读取8字节内容。

　　BOOL GetMenuBarInfo(

　　　　[in] HWND hwnd,

　　　　 [in] LONG idObject,

　　　　 [in] LONG idItem,

　　　　 [in, out] PMENUBARINFO pmbi

　　);

　　利用中构造了一个fakeMenu，将复制给WndMax，SetWindowLongPtr指定Index为-12，且窗口dwStyle为WS_CHILDWINDOW（0x40000000L），那么窗口spMenu字段可以被设置为指定的值。spMenu字段有两处位置，poi(tagWnd+0x28)+0x98和tagWnd+0xa8。而SetWindowLongPtr成功调用后返回的值为窗口的原spMenu，记录该值。

　　但是此时窗口并不是子窗口类型，所以在这之前需要对该字段手动进行设置。调用SetWindowLongPtrA，参数为（hWndMin, offset_0x18+WndMax_offset-WndMin_offset, poi(poi(tagWnd+0x28)+0x18)^0x4000000000000000），可以将WndMax窗口类型添加上WS_CHILDWINDOW属性，从而通过检测。

　　为WndMax设置WS_CHILDWINDOW属性，并添加spMenu后，再次调用SetWindowLongPtrA恢复其dwStyle，去除WS_CHILDWINDOW属性，原因是后续在使用GetMenuBarInfo读取指定地址数据时，窗口不能为子窗口类型。

　　WndMax的fake spMenu设置完成，且已获取了旧spMenu，记为old_spMenu。而在spMenu结构的0x50偏移处是spMenu所属窗口对象地址，即poi(spMenu+0x50)==tagWnd。

　　了解以上信息后，需要对指定地址进行读，该漏洞利用对GetMenuBarInfo进行了封装，传入地址，封装函数返回该地址下的内容。

　　对GetMenuBarInfo的利用核心主要是指定idObject为-3，idItem为1，pmbi接收数据。API最终会走到win32kfull! xxxGetMenuBarInfo函数，传参数据同GetMenuBarInfo。对该函数分析，可以看到需要对一些特殊的位置进行伪造，从而进入目的代码处。其中poi(tagWnd+0x28)+0x58和poi(tagWnd+0x28)+0x5C处的值常为0，忽略。

　　最终读取时，可以看到pmbi->left读取值为poi(poi(poi(poi(menu)+0x58))+0x40)，pmbi->top为poi(poi(poi(poi(menu)+0x58))+0x44)，其中poi(poi(poi(menu)+0x58))值可由用户进行控制，令其为X，也就意味着我们通过控制X值，可以读取X+0x40处的8字节内容，即pmbi.rcBar.left+(pmbi.rcBar.top<<32)。那么只需要控制X为欲要读取的目的地址减去0x40，即可获取相应数据。

　　回到漏洞利用时封装的读取函数中，函数中首先向X指向的内存中每4个字节填写一个相对于X基址的偏移值，这样GetMenuBarInfo读取回的pmbi.rcBar.left即为目标读取地址应减去的差值。这么做的目的可能是为了防止系统版本的不同导致的差值不同，比如此次调试时win10 1909就为0x40。