cve-2020-0601 漏洞原理浅述

CVE-2020-0601漏洞

该漏洞是微软在2020年推出的第一批漏洞修复补丁中炒的最热闹的一个，新年将至，写一篇漏洞分析来凑个热闹，复现就算了，有缘人自会找到复现手段。

本篇简要讲述 CVE-2020-0601 漏洞的成因·

证书验证

我们先以SSL协议为例，来形容一下如何进行证书验证，以及该漏洞是在哪里产生：

例： 双十一来了，小明（m）在某电商（x）网站上购买了一本书，这时就调用了SSL协议进行通讯，建立SSL协议的步骤总结为下图：

步骤①：

• 由小明和电商互相介绍自己，这里被称为 打招呼。
• 这时，小明 和 电商 协商好以后的步骤里将使用到的特定密码算法。在本漏洞中，该算法为 ECC 加密算法
• 这一步没有利用密码工具。

步骤②：

• 电商 向 小明 验证自己的身份，电商 发送包含自己的 公钥 的 证书。该证书由权威的第三方证书机构（CA）颁发。
• 小明使用 CA 的公开验证密钥 验！证！ 证书中对PK的签名。

这里是触发漏洞的地方， 记住这里

步骤③：

• 由 小明 生成一个随机的密钥 MS，该密钥用于生成对双方传输的信息进行对称加密的K1与K2。
• MS由小明获得的公钥进行加密并交给 电商。
• 电商 通过手中的私钥解密获得 MS。
• 这时双方都获得了用于进行加密通讯的密钥。

注意：

• 在SSL会话过程中，只有电商一方被要求提供证书，小明可能根本没有公钥（或证书）。这和我们平时去小卖部买东西一样，销售方 需要提供销售许可, 而 你，只需要付钱就可以了。
• 该漏洞的触发点在于第三方权威机构（Windows）在步骤②验证证书时产生的逻辑漏洞，使得攻击者可以通过 伪造证书 将自身伪装成 电商， 与 小明 进行通讯。从而达到骗财骗色骗信息的目的。
• 通过及时更新微软补丁包可以有效防止上述情况的发生。

第三方机构证书（CA证书）

这里我们讲一下CA证书都包含什么信息，以及为什么攻击者可以通过CVE-2020-0601漏洞伪造CA证书。

• CA证书中包含很多信息，我们列举出即将用到的一些重要信息：

- Subject			： 	Microsoft							
- Valid Between		：	1992 - 2099
- Public Key		：	0x123456789A...
- Algorithm			：	Elliptic Curve/RSA/...			

• 该漏洞仅适用于 Algorithm(算法) 为 Elliptic Curve 的证书， 也就是我们上面提到的 ECC 加密算法。
• 当算法为 RSA 时，证书中Algorithm的部分提供的是一串代表RSA算法的OID数据串。而当算法为 ECC 时，证书则会提供更多数据（见下）。

ECC 证书

• 下图中每一个secp xxxxx都代表一条不同的 椭圆曲线（Elliptic Curve）
  
• 可以从上图看到，由于存在着许多种不同的 Elliptic Curve，CA证书需要在确定算法后添加继续确定具体所使用的为哪一个 Curve， 所以，对于算法为Elliptic Curve的证书在Algorithm的后面又添加了Curve项。

- Subject			： 	Microsoft							
- Valid Between		：	1992 - 2099
- Public Key		：	0x123456789A...
- Algorithm			：	Elliptic Curve
- Curve				：	secp256k1

• 一个基本的 Elliptic Curve 由以下几个参数： p, a, b, G, n, h 来决定，至于再往数学方向的原理就先不涉及了。我们现在需要知道的就是：有了这几参数，我们就可以通过私钥来计算公钥 。
  
• 到这里并有任何问题，但是使用 ECC 算法 的证书中的 Curve 项还有另一个特点：你可以使用 自定义Curve。也就是说：Curve 项可以不是 secp xxxxx，而是 p/a/b/G/n/h 各自的值。

- Subject			： 	Microsoft							
- Valid Between		：	1992 - 2099
- Public Key		：	0x123456789A...
- Algorithm			：	Elliptic Curve
- Curve				：	p/a/b/G/n/h

• 这种 自定义的Curve 就为绕过Windows验证，伪造证书提供了基础。

ECC 算法 与 公钥私钥

• 通过上一节的内容，我们知道 公钥 和 私钥 的取值取决于 Elliptic Curve 的参数，那么什么是 Elliptic Curve 呢?
• Elliptic Curve 可以通过表达式 $$y^2=x^3+ax+b(modp)$$ 来表示，也可以通过下图的例子来表示：
  
• G为该椭圆曲线上任取的一点，不仅限于图上所取得值。
• 当我们将G作为一个数值去进行计算时，2G = G + G 的值所代表的点依然坐落于该曲线上，网上可以自行搜索其原理，这里不做拓展。
  
• 我们可以进行多次的 nG + G 运算，可以发现所有得到的值3G, 4G, 5G, … 最后都坐落于这条曲线上。
  
• 当我们将运算停在一个点 xG 时，便会得到下面的等式：
  $$x\cdot G=Q$$
• 其中 x 是我们设置的 私钥， 而求得的Q值则是我们的 公钥。
  
• 其中，Q 和 G 都是曲线上的一点，而 x 则是一个整数。

注意： 这和我们小学学的简单乘除法不同，知道 Q 和 G 的值是无法算出 x 的。

• 如果知道 P（公钥） 的值，则可通过上面的等式，简单的构造制造出能生成 P 的 x（私钥） 和 G 的值。
• 最简单的方法：$$Q=xG$$
  将 x 的值设为1， 则等式直接变为：
  $$Q=G$$
• 这时需要做的，就是获取到 Q(公钥) 的值，赋值给 G, 再将 x(私钥)的值赋值为1。一个简单的同公钥的证书就制作完成了。

Windows 验证机制

这里讲述微软验证证书的机制, 以及其存在的逻辑漏洞

• 在 Windows 系统 访问一个网站(例: Github.com)时, 该网站会向 Windows 系统发送由 第三方权威机构(CA) 签署的网站证书。
  
• 这时，Windows 系统 则会验证该证书是否由 CA 颁发，若验证通过，则 Windows 系统与网站成功建立TLS链接。
  
• 为了方便下一次更快的访问，Windows 将验证成功的证书放入内存中一块 Certificate Cache （证书缓存）中。在下一次校验时，如果该证书存在于缓存中，则直接取 缓存中 的值进行校验。
  

  画重点！这里就是 CVE-2020-0601 利用的地方。

• 在成功缓存证书数据后，根据下面描述的Windows 证书缓存机制，恶意网站可以伪造虚假的网站（例：github.com）证书且通过Windows验证，将自身伪装成合法网站。
  

Windows 证书缓存机制

• 当 Windows 接收到新的证书时，Windows 将新接收的证书与已缓存证书的证书的公钥进行遍历对比，寻找匹配的值。
  
• 伪造的恶意证书 与 Windows系统中的缓存证书有同样的公钥，但因为Curve项没有在校验范围内，所以可以通过构造 自定义 Curve 来伪造证书。使得证书验证流程依然成立，但通过验证的证书已经不是之前成功验证的安全证书。
  

参考：

• Douglas R. Stinson 著 冯国登 等译《密码学原理与实践》 (第三版) - 中国工信出版集团
• 《STANDARDS FOR EFFICIENT CRYPTOGRAPHY - SEC 2: Recommended Elliptic Curve Domain Parameters》 Last Updated: September 20, 2000