【技术分享】HEVD内核漏洞训练——陪Windows玩儿

前言

前段时间在博客写了一篇关于HEVD内核漏洞利用训练的一篇文章，感觉当时做HEVD收获很大，非常推荐这个训练，这是HackSys Team做的一个Kernel Driver，里面包含了大量的常见漏洞，而且漏洞原理都非常简单，考验的就是各种各样的利用方法，推荐在Win10下尝试，有各种各样经典的利用方法，比如gsharedInfo，GdiSharedHandleTable，NtAllocateVirtualMemory，替换token的shellcode等等。

对这个训练的研究学习会对内核漏洞的原理，利用方式，Windows下很多常见的数据结构有一个初步的了解，从此打开Ring0的大门。

HEVD项目地址：https://github.com/hacksysteam/HackSysExtremeVulnerableDriver

对于内核漏洞入门，我推荐的入门方式就是HEVD -> CVE-2014-4113 -> MS15-061，第一个是训练，后两个是实际环境中的漏洞。感觉在Ring0实在是太有意思了（不断被吊打，不断爬起来）！

HEVD：http://bobao.360.cn/learning/detail/3448.html

CVE-2014-4113：http://bobao.360.cn/learning/detail/3170.html

Windows在高版本中采取了越来越多的保护措施来防止漏洞利用，这让攻击变得越来越有意思，很多防护限制让很多漏洞利用变得难上加难，在这篇文章中，我将针对HEVD的一个任意内存读写漏洞，利用Cn33liz的一个Exploit来完成攻击并分析整个过程。

这次攻击有一个主角，那就是Bitmap，本文主要分析在最新Win10版本以及Win8下，Bitmap到底有多强大的威力。

在本文中，我将首先简单介绍一下Bitmap，最新Win10的KASLR机制，对Bitmap造成的影响，以及如何利用Accelerator Table来bypass KASLR。接下来我将和大家分享如何用SetBitmap和GetBitmap来完成攻击，以及攻击的主角，_SURFOBJ中的一个关键结构pvScan0。然后我将和大家分享Win10中的一些疑点，可能是坑，反正至今仍有一些疑惑在里面，接下来，我将结合我的偶像MJ0011在HITCON上一个关于Win8安全特性的演讲，移步Win8，来看看Bitmap的超级杀伤力，以及这些安全特性的防护机制。文末我将把我在Win10和Win8下实验的源码放出来，这个源码中包含对抗Win10和Win8的防护机制的一些过程，是基于Cn33liz大牛的源码改写。文中所有的测试都是基于我改写的源码完成的，相应的注释都在源码中，改动源码仓促也不够漂亮，望大家海涵。因为多次重新调试，地址有变化，可以结合文字一起研究学习。

本文所用原源码项目地址：https://github.com/Cn33liz/HSEVD-ArbitraryOverwriteGDI

关于这个漏洞成因，我不再进行详细的讲解，HackSys team的Github项目里有详细说明，这个任意写漏洞就是可以向指定地址写进指定值，而没有对写入地址和写入内容的合法性进行检查。测试环境是最新版Win10。

陪Win10玩儿--CreateBitmap和KASLR

我之前的那篇HEVD的分享中，是在Windows7下面完成的，在Win7下面，我们拥有很多自由，可以向很多特殊的位置、结构写入shellcode，并且在内核态完成shellcode的执行。但是在Win10中，增加了茫茫多的限制，很多利用变得很困难，shellcode似乎变得不太可行。

而在FuzzySecurity中也提到了data attack，在众多限制下，Bitmap给我们提供了一个极大的便捷，这种攻击手段威力很强，非常有趣。

在Windows10中，我们需要获取Bitmap的内核地址，然后利用Bitmap这种_SURFOBJ结构的一个特殊成员变量来完成攻击，也就是我们后面要提到的pvScan0。

在之前版本的Win10中，可以通过一个特殊的结构GdiSharedHandleTable来获得Bitmap的内核对象地址。这个GdiSharedHandleTable是PEB结构体中的一个结构。而里面存放的内容是一个GDICELL64结构。关于在老版本Win10中利用GdiSharedHandleTable如何来获得Bitmap并进行攻击我不再详述，在文章末尾，我会给出一篇非常棒的技术文章，里面详述了这种攻击方式。

在新版本Win10中，fix了这种方法，GdiSharedHandleTable获得的地址，不再是一个有效的pkernelAddress，也就是说，即使我们通过这种方式和createbitmap的handle获得了一个地址，然而并不是真正的pkernelAddress，当然我们的主角pvScan0也不正确。

可以看到，在通过GdiSharedHandleTable获得的Bitmap的内核地址是一个为开辟的内核空间和真正的Bitmap内核地址有所区别。这时候，gSharedInfo出现了，这个gSharedInfo是一个非常经典的结构，在很多kernel exploitation都出现过，它其中包含着内核结构，我们可以通过它获得内核表，然后通过计算偏移得到内核对象地址。

解决这种问题的方法就是用AcceleratorTable加速键表，我之前的内核漏洞调试笔记之二调试的CVE-2015-2546就是用的加速键表，制造一个稳定的内存空洞，连续申请释放内存，直到两次申请释放的AccleratorTable的内核句柄相同，则再申请相同大小的bitmap，这样就能获得GDI对象了，再通过这个对象的phead就是pkernelAddress。

如何获得呢？在这个handleentry里有一个aheList，其中包含了一个phead对象，它就是指向pkerneladdress的。来看一下gSharedInfo的地址，这里我也不知道为什么，感觉可能是Win10很多win32k的结构体不透明化了，看不到tagSharedInfo的结构体，感觉像被隐藏了。

获得了gSharedInfo的地址之后，我们可以通过Accelerator Table的handle，获取到gSharedInfo结构中的aheList对应的内核句柄值。

这样就能得到句柄实际内核地址的表了，也就是指向GDI对象的表，这里就要计算对应的偏移了，计算方法其实和之前GdiSharedHandleTable很像，那个算对应GDICELL64地址的计算方法是：

GdiSharedHandleTable+(handle & 0xffff)*sizeof(GDICELL64)

这里就用_HANDLETABLE_ENTRY + (Accel & 0xffff)*sizeof（Accel）算出地址，这里Accel的值是：

紧接着调用DestroyAcceleratorTable释放这个加速键表，可以看到对应句柄内核指针的值也被释放了。注意这里申请的Accelerator Table的大小是700，同样如果制造出一个稳定的hole之后，申请bitmap的大小也是700。

可以看到，对应位置存放的GDI对象也释放掉了，再次通过Create申请Accelerator Table。

句柄虽然改变但是对应索引位置在shared info handle entry的值仍然是相同的，这样，再次在相同位置申请bitmap，首先释放，来看下pkernelAddress的值：

指向的空间也被释放了，随后通过CreateBitmap申请bitmap，大小同样是700，来占用Accelerator制造的稳定内存空洞。调用CreateBitmap之后占用了内存空洞。这样，我们直接找到ffffbad381be7000这个GDI对象。

可以看到，我们成功获得了Bitmap的pkernelAddress，就是0xffffffff96050bd0，这样，我们就成功在KASLR和fix GdiSharedHandleTable下，完成了bitmap pkernelAddress的获取。

SetBitmap/GetBtimap和pvScan0

利用gSharedInfo获取aheList，从而得到Accelerator Table在gshareInfo中的GDI对象从而获得内核地址，利用Accelerator Table制造稳定的内存空洞，最后绕过KASLR和获取Bitmap的pkernelAddress的目的就是获得pvScan0这个结构，这个是Bitmap之所以成为data attack的核心。

这里我要提一下，在调试过程中，我们需要用__asm int 3来下断点，但是在64位下VS不支持内联汇编，因此我们在项目中创建一个.asm文件，实现int 3功能，再将其编译，在项目主文件中用Int_3()来下软中断（详见我的源码），这样我们在SetBitmap下断点，首先命中GDI32!SetBitmapBitsStub：

随后会到达call IsTextOutAPresent函数调用，这个函数在GDI32的实现是IsSetWorldTransformmImplPresent。

这个函数主要是对dword_18002E670这个值进行判断，这个值是hmod ext ms win gdi internal desktop l1.1.0.dll+0x8位置的一个结构体变量，若为1则直接返回。

这个可能是判断ext_ms_win_gdi_internal_desktop_l1.1.0.dll的加载情况，_imp_SetBitMapBits就链在这个dll中，随后会跳转。到zwGdiSetBitmapBits中。

syscall是AMD CPU下的sysenter，以此进入内核层，由于64位下没有nt!KiFastCallEntry，而改用的是nt!KiSystemCall64，在64位系统下启用了四个新的MSR寄存器，有不同的作用，其中MSR_LSTAR保存的是rip的相关信息，可以通过rdmsr c0000082的方法查看到syscall跳转地址。这个地址正是nt!KiSystemCall64的入口地址。

到此，我们进入SetBitmap的内核态，之所以pvScan0这么重要，是因为SetBitmap会对pvScan0指向的内容写数据，GetBitmap会获取pvScan0指向的内容。这样，我们可以设置一个Manager Bitmap（以下称为M）和一个Work Bitmap（以下称为W），将M的pvScan0修改成W的pvScan0地址，这样每次就能用在M上调用SetBitmap将W的pvScan0内容修改成我们想要读或者写的地址，再调用Get/Set Bitmap来向指定地址读取/写入数据了。这么说有点乱，来看一下整个过程。

通过AcceleratorTable制造内存空洞占位获取Bitmap的pkernelAddress之后，可以获取到pvscan0的值，其中M存放W的pvscan0所存放的地址，而W的pvscan0用于最后写入相关的内容，这样我们调用setbitmapbits函数的时候，会将M的pvscan0里存放地址指向的值修改为要写入的地址。

这里就会将ffffbad383aeb050中的值改写，因此在这里下内存写入断点。

在Win10中，绝大多数的win32k.sys实现都在win32full里完成，这里利用M的pvScan0完成了对W的pvScan0值的修改，使之指向了当前进程的Token，接下来只需要调用GetBitmap/SetBitmap通过W的pvScan0，就可以完成对Token的读取和修改，从而完成提权。

我和大家分享了pvScan0在Bitmap这种data attack中的核心地位，Bitmap的pkernelAddress的获取方法和如何通过pvScan0完成攻击，接下来，我将结合偶像MJ0011的PPT，来讲一下Win10的一些坑，以及回归Win8下来看一下MJ0011的PPT中介绍的一些防护机制，和Bitmap的威力。

被Win10吊打的日子

在MJ0011的PPT中介绍了几种防护机制，比如禁零页，禁Win32k调用，SMEP，ExPoolWithTagNX等等。本来刚开始想在Win10下进行实验，但是发现Win10下有很多奇怪的坑。这里简单提一下几种防护机制：

1、禁零页，NtAllocateVirtualMmemory是现在常用的内核漏洞利用手法，Win8 _EPROCESS增加了一比特的Flags.VdmAllowed，当为0时禁用，当为1时可用。

2、禁Win32k，Win32k存在很多漏洞，比如UAF，我在前面两个经典内核漏洞调试的分享中都是Win32k出的问题，这里通过_EPROCESS结构增加一比特的Flags2.DisallowWin32kSystemCalls禁用调用。

3、SMEP，在内核漏洞利用中，通常是利用内核态的一些失误执行用户态申请的空间存放的shellcode，这里直接通过SMEP禁止在内核态执行用户态空间的代码。这里，我将以禁Win32k调用和禁零页来做实验，利用的就是Bitmap来修改这两个比特的值，看看能不能绕过禁用机制，首先来看一下当前进程，以及对应的两个值。

可以看到，在当前进程Win32k API是不禁用的，也就是说，我们仍然可以直接调用Win32k的API，而NtAllocateVirtualMemory则处于禁用状态。对于Flags来说是0000d0000，Flags2来说是144d0c01，这样把它们转换成二进制，把对应比特位置换为1（这个内容可以在我的源码中看到），然后赋值给各自的Flags。

这里我采用了Win7零页分配的方法，handle选择0xffffffffffffffff，但是发现在Win10中，会调用ObpReferenceObjectByHandleWithTag函数Check handle，如果不是一个有效的handle，则直接返回，NTSTATUS直接报错。

这样，我们就只能修改代码通过OpenProcess获得当前进程handle，并且将VdmAllowed置1，但是发现即使NTSTATUS返回0，也就是STATUS_SUCCESS，仍然无法申请零页位置的内存。

同样，我们修改Win32k为1，这样就禁用了win32k调用，可以发现，在禁用后，会阻止win32k的调用，从而无法初始化cmd。关于win32k调用的逻辑后面会讲到。

回归Win8看防护之NtAllocateVirtualMemory

接下来我们回到Win8 x86，来看一下NtAllocateVirtualMemory的防护到底是怎样的。这里请使用文末我修改后的适用于win8 x86的代码。首先是禁用零页申请内存。我们首先在禁用零页时调试，首先进入内核态，从ntdll进入nt。

在nt!NtAllocateVirtualMemory下断点跟踪，在入口处会先将Handle、BaseAddress等内容传入寄存器（用于各种检查，比如对Handle检查合法性，在之前已经提过），接下来会通过fs:[0x124]获取到_KTHRAD结构

之后会将_KTHREAD+0x80偏移的值交给eax寄存器，偏移加0x80实际上就是EPROCESS结构，这个位置属于APC域，这个位置在KTHREAD+0x70的位置，而EPROCESS又保存在KAPC_STATE+0x10的位置

接下来我们单步跟踪，到达一处判断，这里会将BaseAddress和0x10000作比较，小于则跳转到另一处判断

这个值很有意思，就是_EPROCESS.Flags2的值，来看一下，而这里判断的就是Flags2中的一个比特位VdmAllowed

这里值为0，也就是禁用零页分配，因此这里分配不成功将会进入处理，返回C00000F0

我们来看一下NtAllocateVirtualMemory相关逻辑的伪代码。

我们尝试使用Bitmap来修改VdmAllowed看看能不能进行零页分配，继续执行到达我们setbitmap的地方。

可以看到VdmAllowed被改掉了，进入刚才的判断

可以看到，绕过了刚才的判断，接下来直接执行，可以看到，NtAllocateVirtualMemory返回了STATUS_SUCCESS（图）

回归Win8看防护之Win32k.sys

下面我们来看一下Win32k的API禁用的情况，当然这里默认Disallow的比特位也是为0，也就是在当前进程不禁用Win32k系统调用，在PsConvertToGuiThread函数中。

这里DisallowWin32kSystemCalls的比特位为0，也就是允许win32k调用，这里到达一处条件判断，判断的就是这个比特位，如果为1，则会跳转返回C0000005，当前状态为0，允许执行时，会继续执行。

接下来，我们注释掉还原的setbitmap部分，重新执行，看到Disallow比特位为1，这时候程序会进入错误处理，返回C0000022

来看下这段代码逻辑。

整个Win32k的检查过程是这样的，KiFastCallEntry -> KiEndUnexpectRange -> PsCovertToGUIThread。这个检查过程的依据是SSDT，系统调度表，当调用不在SSDT表时，也就是第一次调用Win32k System Call的时候，会检查win32k是否允许调用。如下代码逻辑：

在KiEndUnexpectedRange中会通过PsConvertToGuiThread来Check状态，在这里会检查win32k系统调用的情况，如果Flags2.DisAllowedWin32kSystemCalls为1，则禁用状态，返回C000022 ，也就是STATUS_ACCESS_DENIED

默认是不启用的，则能成功打开cmd。

我们通过setbitmap可以将其改为启用，这样PsConvertToGuiThread就会返回C000022，则后续会造成调用CreateProcess中由于禁用win32k.sys导致程序加载失败。

其实整个HEVD的这个exploit调试还是很有趣的，Bitmap也可以修改kernel Address达到一些比较巧妙的效果，当然，如果修改的地址有问题，则会直接BSOD，我就多次发生这样的情况，快照保存了几十个。文中有一些疑问和思考不够深入的地方请师傅们多多批评指正，谢谢大家！

超级好文：https://www.coresecurity.com/system/files/publications/2016/10/Abusing-GDI-Reloaded-ekoparty-2016_0.pdf

文中改写源码地址：https://github.com/k0keoyo/try_exploit/tree/master/HEVD_Win10&Win8

本文由 安全客 原创发布，如需转载请注明来源及本文地址。
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