关于OpenSSL“心脏出血”漏洞的分析
0x00 背景
原作者：Sean Cassidy 原作者Twitter：@ex509 原作者博客：http://blog.existentialize.com 来源：http://blog.existentialize.com/diagnosis-of-the-openssl-heartbleed-bug.html
当我分析GnuTLS的漏洞的时候，我曾经说过，那不会是我们看到的最后一个TLS栈上的严重bug。然而我没想到这次OpenSSL的bug会如此严重。
OpenSSL“心脏出血”漏洞是一个非常严重的问题。这个漏洞使攻击者能够从内存中读取多达64 KB的数据。一些安全研究员表示：
无需任何特权信息或身份验证，我们就可以从我们自己的（测试机上）偷来X.509证书的私钥、用户名与密码、聊天工具的消息、电子邮件以及重要的商业文档和通信等数据。
这一切是如何发生的呢？让我们一起从代码中一探究竟吧。
0x01 Bug
请看ssl/dl_both.c，漏洞的补丁从这行语句开始：
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int
dtls1_process_heartbeat(SSL *s)
{
unsigned
char
*p = &s->s3->rrec.data[0], *pl;
unsigned
short
hbtype;
unsigned
int
payload;
unsigned
int
padding = 16;
/* Use minimum padding */
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一上来我们就拿到了一个指向一条SSLv3记录中数据的指针。结构体SSL3_RECORD的定义如下（译者注：结构体SSL3_RECORD不是SSLv3记录的实际存储格式。一条SSLv3记录所遵循的存储格式请参见下文分析）：
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typedef
struct
ssl3_record_st
{
int
type;
/* type of record */
unsigned
int
length;
/* How many bytes available */
unsigned
int
off;
/* read/write offset into 'buf' */
unsigned
char
*data;
/* pointer to the record data */
unsigned
char
*input;
/* where the decode bytes are */
unsigned
char
*comp;
/* only used with decompression - malloc()ed */
unsigned
long
epoch;
/* epoch number, needed by DTLS1 */
unsigned
char
seq_num[8];
/* sequence number, needed by DTLS1 */
} SSL3_RECORD;
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每条SSLv3记录中包含一个类型域（type）、一个长度域（length）和一个指向记录数据的指针（data）。我们回头去看dtls1_process_heartbeat：
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/* Read type and payload length first */
hbtype = *p++;
n2s(p, payload);
pl = p;
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SSLv3记录的第一个字节标明了心跳包的类型。宏n2s从指针p指向的数组中取出前两个字节，并把它们存入变量payload中——这实际上是心跳包载荷的长度域（length）。注意程序并没有检查这条SSLv3记录的实际长度。变量pl则指向由访问者提供的心跳包数据。
这个函数的后面进行了以下工作：
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unsigned
char
*buffer, *bp;
int
r;
/* Allocate memory for the response, size is 1 byte
* message type, plus 2 bytes payload length, plus
* payload, plus padding
*/
buffer = OPENSSL_malloc(1 + 2 + payload + padding);
bp = buffer;
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所以程序将分配一段由访问者指定大小的内存区域，这段内存区域最大为 (65535 + 1 + 2 + 16) 个字节。变量bp是用来访问这段内存区域的指针。
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/* Enter response type, length and copy payload */
*bp++ = TLS1_HB_RESPONSE;
s2n(payload, bp);
memcpy
(bp, pl, payload);
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宏s2n与宏n2s干的事情正好相反：s2n读入一个16 bit长的值，然后将它存成双字节值，所以s2n会将与请求的心跳包载荷长度相同的长度值存入变量payload。然后程序从pl处开始复制payload个字节到新分配的bp数组中——pl指向了用户提供的心跳包数据。最后，程序将所有数据发回给用户。那么Bug在哪里呢？
0x01a 用户可以控制变量payload和pl
如果用户并没有在心跳包中提供足够多的数据，会导致什么问题？比如pl指向的数据实际上只有一个字节，那么memcpy会把这条SSLv3记录之后的数据——无论那些数据是什么——都复制出来。
很明显，SSLv3记录附近有不少东西。
说实话，我对发现了OpenSSL“心脏出血”漏洞的那些人的声明感到吃惊。当我听到他们的声明时，我认为64 KB数据根本不足以推算出像私钥一类的数据。至少在x86上，堆是向高地址增长的，所以我认为对指针pl的读取只能读到新分配的内存区域，例如指针bp指向的区域。存储私钥和其它信息的内存区域的分配早于对指针pl指向的内存区域的分配，所以攻击者是无法读到那些敏感数据的。当然，考虑到现代malloc的各种神奇实现，我的推断并不总是成立的。
当然，你也没办法读取其它进程的数据，所以“重要的商业文档”必须位于当前进程的内存区域中、小于64 KB，并且刚好位于指针pl指向的内存块附近。
研究者声称他们成功恢复了密钥，我希望能看到PoC。如果你找到了PoC，请联系我。
0x01b 漏洞修补
修复代码中最重要的一部分如下：
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/* Read type and payload length first */
if
(1 + 2 + 16 > s->s3->rrec.length)
return
0;
/* silently discard */
hbtype = *p++;
n2s(p, payload);
if
(1 + 2 + payload + 16 > s->s3->rrec.length)
return
0;
/* silently discard per RFC 6520 sec. 4 */
pl = p;
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这段代码干了两件事情：首先第一行语句抛弃了长度为0的心跳包，然后第二步检查确保了心跳包足够长。就这么简单。
0x02 前车之鉴
我们能从这个漏洞中学到什么呢？
我是C的粉丝。这是我最早接触的编程语言，也是我在工作中使用的第一门得心应手的语言。但是和之前相比，现在我更清楚地看到了C语言的局限性。
从GnuTLS漏洞和这个漏洞出发，我认为我们应当做到下面三条：
花钱请人对像OpenSSL这样的关键安全基础设施进行安全审计；
为这些库写大量的单元测试和综合测试；
开始在更安全的语言中编写替代品。
考虑到使用C语言进行安全编程的困难性，我不认为还有什么其他的解决方案。我会试着做这些，你呢？
作者简介：Sean是一位关于如何把事儿干好的软件工程师。现在他在Squadron工作。Squadron是一个专为SaaS应用程序准备的配置与发布管理工具。
测试版本的结果以及检测工具：
OpenSSL 1.0.1 through 1.0.1f (inclusive) are vulnerable
OpenSSL 1.0.1g is NOT vulnerable
OpenSSL 1.0.0 branch is NOT vulnerable
OpenSSL 0.9.8 branch is NOT vulnerable
http://filippo.io/Heartbleed/