FakeID签名漏洞分析及利用(Google Bug 13678484)

作者：申迪  

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BlueBox于7月30日宣布安卓从2010年以来一直存在一个apk签名问题[1]，并且会在今年Blackhat上公布细节。

利用该漏洞可以提升权限，突破沙箱限制。我在细节公开之前对这个漏洞进行成功利用，在此分享一些漏洞利用的细节。

一、关于APK签名

安卓APP在发布之前需要进行签名，签名信息被放在apk压缩包的/META-INF目录中。通常出于以下目的，系统会校验这个签名：

–          安装前验证apk中文件数据的完整性。

–          识别apk的身份。如果一个apk有系统签名，会有更高的权限；如果两个apk的签名一致，这两个应用可以共享数据。一些特定场景下一些应用会验证其他应用是否有某个特定签名，比如webkit会验证一个插件程序是否是由Adobe签出。

发布应用之前，使用一个自签名的证书对apk进行签名是可以满足需求的。使用”keytool  –printcert –file  CERT.RSA”命令可以查看证书的详细信息。下图是一个普通的自签名证书。可以看到所有人和签发人是同一个。

 

然而签名文件格式符合RFC2315[2]和RFC2459[3] 的规范，所以这个证书同样可以使由CA颁布的。如果使用一个CA颁布的证书发行APK程序，那么在META-INF目录中的CERT.RSA中可能会存在一个证书链，包含根证书和子证书。

在安卓上我们可以使用如下代码获取到应用内证书链中的所有证书：

sig=packageManager.getPackageInfo(pkgName,PackageManager.GET_PERMISSIONS| PackageManager.GET_SIGNATURES);

for(Signature sig : pkginfo.signatures)

      Log.d("TEST", sig.toCharsString()+"\n");

 二、问题所在

这个漏洞的Google Bug ID 是13678484，从AOSP上的修复代码可以发现问题出现在签名校验的JarVerifier类中[4]。最关键的代码是在JarUtils中，添加了chainCheck的选项，可以对所有证书进行校验。

-    private static X509Certificate findCert(Principal issuer, X509Certificate[] candidates) {
+    private static X509Certificate findCert(Principal issuer, X509Certificate[] candidates,
+            X509Certificate subjectCert, boolean chainCheck) {
         for (int i = 0; i < candidates.length; i++) {
             if (issuer.equals(candidates[i].getSubjectDN())) {
+                if (chainCheck) {
+                    try {
+                        subjectCert.verify(candidates[i].getPublicKey());
+                    } catch (Exception e) {
+                        continue;
+                    }
+                }
                 return candidates[i];
             }
         }

如果没有这句代码会怎样？我们可以这么构造一个恶意证书：

1. 开发机上生成一个根证书（记为CA），并用这个证书去颁发一个子证书（记为SIGN）
2. 然后使用这个子证书为我们即将发布的apk签名，这时APK中的.Rsa文件将包含两个证书，一个是SIGN，一个是CA。并且APK所有的文件都是可以用这个RSA文件验证其合法性的
3. 对这个RSA文件进行篡改，只修改CA证书的内容（替换后的CA记为FakeCA），不修改证书中的SignerInfo部分，不影响PackageManger在安装前使用SignerInfo.encryptedDigest对APK包数据完整性进行校验
4. 这个APK可以被成功安装，并且包含两个证书，一个是SIGN，一个是FakeCA

 

如果你之前像我一样不了解PKCS7签名文件格式，那么在尝试恶意修改rsa文件时将会遇到一些麻烦，我推荐使用开源项目pyASN1去修改RSA文件。因为这种格式本质上是使用DER编码，使用ASN1做了序列化，使用pyASN1能让我们快速熟悉这种文件格式，并且快速着手进行签名篡改。

我将文件修改代码放到了我的github上[5]，注意这不是一份自动篡改证书的工具，内部包含了一些路径和格式的硬编码，你如果想使用这份代码，需要理解代码的意思并做一些修改。

我使用自己写的工具将一个证书篡改成由Adobe颁发的：

 

三、如何利用

上文已经提到过，PackageManger在安装APK时并不校验证书链上所有证书的合法性，只要存在被指定的SIGN能够校验APK中所有文件的合法性即可。

但是签名证书的另外一个功能，验证身份，则受到了这个漏洞的影响。系统中多处使用getPackageInfo获取安装包证书，如果获取到多个证书，通常认为只要有一个证书可信即可。比如WebKit插件认证adobe flash player插件的逻辑如下[6]

225    private static boolean containsPluginPermissionAndSignatures(PackageInfo pkgInfo) {
226
227        // check if the plugin has the required permissions
228        String permissions[] = pkgInfo.requestedPermissions;
229        if (permissions == null) {
230            return false;
231        }
232        boolean permissionOk = false;
233        for (String permit : permissions) {
234            if (PLUGIN_PERMISSION.equals(permit)) {
235                permissionOk = true;
236                break;
237            }
238        }
239        if (!permissionOk) {
240            return false;
241        }
242
243        // check to ensure the plugin is properly signed
244        Signature signatures[] = pkgInfo.signatures;
245        if (signatures == null) {
246            return false;
247        }
248        if (SystemProperties.getBoolean("ro.secure", false)) {
249            boolean signatureMatch = false;
250            for (Signature signature : signatures) {
251                for (int i = 0; i < SIGNATURES.length; i++) {
252                    if (SIGNATURES[i].equals(signature)) {
253                        signatureMatch = true;
254                        break;
255                    }
256                }
257            }
258            if (!signatureMatch) {
259                return false;
260            }
261        }
262
263        return true;
264    }
265

 

从这段代码以及PluginManager.java的其他代码，可以看到WebKit是这样认证一个APK是否是Adobe FlashPlayer插件的：

–   APK证书中包含Adobe的签名证书，证书数据写死在代码中（PluginManager. SIGNATURE_1），这是adobe使用的签名

–   APK申请了android.webkit.permission.PLUGIN权限

–   APK声明了一个服务，Intent是android.webkit.PLUGIN，有个meta信息是type，type的值必须是native

在以上要求中唯一强制性限制就是证书验证，使用Fakeid，我们已经绕过了这个限制，其他校验自然不成问题。

在4.4以前，任何使用webview并且在访问了请求flash的页面（比如新浪首页）都会被我们的APK程序注入，下图是2345手机浏览器被注入的情况：

 

这里可以看到com.example.noperm和com.adobe.flashplayer都被认为是可信插件，成功进行了注入。

但是只是注入成功，我们的代码并没有得到执行机会。我们注入成功是因为webkit调用了PluginManager.getPluginClass将我们之前注册过接收android.webkit.PLUGIN 的服务load起来。但是我们的代码并不会被回调。希望注入代码被回调，还需要我们进一步理解webkit插件开发的规范。

291    /* package */
292    Class<?> getPluginClass(String packageName, String className)
293            throws NameNotFoundException, ClassNotFoundException {
294        Context pluginContext = mContext.createPackageContext(packageName,
295                Context.CONTEXT_INCLUDE_CODE |
296                Context.CONTEXT_IGNORE_SECURITY);
297        ClassLoader pluginCL = pluginContext.getClassLoader();
298        return pluginCL.loadClass(className);
299    }

 四、理解Webkit Plugin，突破沙箱限制执行代码

上文中我们已经看到了webkit调用getPluginClass将我们的apk load到了虚拟机中，但是没有任何代码被触发。

实际上Webkit Plugin的核心是native程序，apk中的java代码仅仅是被JNI调用的。想要触发代码执行，还需要在我们的APK中放一个符合规范的SO文件供Webkit调用

AOSP中恰好有一份浏览器插件的代码[7]，所以我们很容易了解插件编写规范。

首先我们需要导出4个接口。

extern "C" {
EXPORT NPError NP_Initialize(NPNetscapeFuncs* browserFuncs, NPPluginFuncs* pluginFuncs, void *java_env);
EXPORT NPError NP_GetValue(NPP instance, NPPVariable variable, void *value);
EXPORT const char* NP_GetMIMEDescription(void);
EXPORT void NP_Shutdown(void);
};

并且在回调函数中告诉浏览器我们是一个Flash插件，这样在Webkit遇到页面的Flash请求时，会加载所有插件libs目录下的so文件并询问他是何种插件.

我们要做的就是告诉浏览器：我是一个flash处理插件。

const char *NP_GetMIMEDescription(void)
{
    return"application/x-shockwave-flash:swf:ShockwaveFlash;application/futuresplash:spl:Futu\
reSplash Player";
}

这样一来我们的SO也被加载了，代码已经突破沙箱执行了：

 

我将部分关键代码和编译好的poc放到了github上：

https://github.com/retme7/FakeID_poc_by_retme_bug_13678484/

相关链接：

[1] http://bluebox.com/blog/technical/android-fake-id-vulnerability/

[2] https://www.ietf.org/rfc/rfc2315.txt

[3] https://www.ietf.org/rfc/rfc2459

[4] https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/android-cts-4.1_r4%5E%21/

[5]https://github.com/retme7/FakeID_poc_by_retme_bug_13678484/

[6]AOSP/frameworks/base/core/java/android/webkit/PluginManager.java

[7]AOSP/frameworks/base/tests/BrowserTestPlugin/