Android提權漏洞CVE-2014-7920&CVE-2014-7921分析

這是Android mediaserver的提權漏洞，利用CVE-2014-7920和CVE-2014-7921實現提權，從0權限提到media權限，其中CVE-2014-7921影響Android 4.0.3及以後的版本，CVE-2014-7920影響Android 2.2及以後的版本。Google直到Android5.1才修復這2個漏洞。該漏洞[1]披露過程如下：

2016年1月24日漏洞作者發布了漏洞分析及exploit[2]，拿到exploit後在幾個Android版本上均沒能運行成功，遂分析原因，學習漏洞利用思路。記錄如下，歡迎大家交流學習。

不熟悉Android Binder的同學，請自行網上搜索學習資料，下面直接分析漏洞。

0x1漏洞成因

前文提到這2個漏洞出在mediaserver，mediaserver在main_mediaserver.cpp[3]實現，其main()函數中初始化了2個service：

一個是AudioFlinger[4]，service name為“media.audio_flinger”；另一個是AudioPolicyService[5]，service name為“media.audio_policy”。

1.1內存寫漏洞

內存寫漏洞產生在“media.audio_policy”中，接口類為IAudioPolicyService[6][7]，其中startOutput()接口存在遞增的內存寫漏洞，stopOutput()接口存在遞減的內存寫漏洞。

startOutput()接口定義為：

startOutput(audio_io_handle_t output, audio_stream_type_t stream, int session = 0)

stopOutput ()接口定義為：

stopOutput(audio_io_handle_t output, audio_stream_type_t stream, int session = 0)

1）startOutput的遞增寫漏洞

熟悉Android Binder的同學都知道，該接口的native類為BnAudioPolicyService[8]，當客戶端請求“START_OUTPUT”code即startOutput()接口時，BnAudioPolicyService::onTransact()收到請求，然後執行下面的代碼：

繼續調用AudioPolicyService ::startOutput()[9]方法：

mpAudioPolicy->start_output(mpAudioPolicy, output, stream, session);

mpAudioPolicy為audio_policy類型，audio_policy:: start_output()在audio_policy_hal.cpp中被定義為ap_start_output()，該方法調用：

lap->apm->startOutput()由AudioPolicyManagerBase:: startOutput()方法實現，該方法調用：

我們來看AudioOutputDescriptor:: changeRefCount()[10]方法的代碼：

當2個if語句都為假時，mRefCount[stream] += delta;語句將被執行。

此時如果索引stream可被控制，那麼mRefCount內存的相對偏移內存將可被修改為加delta。恰巧stream為接口參數之一，也沒校驗，在AudioPolicyManagerBase:: startOutput()中傳入的delta為1，也就是說這裡存在一個遞增1的內存寫漏洞。這個內存寫漏洞的產生需要滿足以下條件：

lisDuplicated()為False：幸運的是默認情況大部分output不是duplicated的。

l(delta + (int)mRefCount[stream]) < 0：由於這個判斷條件，mRefCount[stream]<0x7FFFFFFF時才會為False，這就限制了這個內存寫漏洞，只能對內存內容小於0x7FFFFFFF的內存值進行遞增。

2）stopOutput的遞減寫漏洞

stopOutput()接口類似於startOutput()接口，我們直接看AudioPolicyManagerBase::stopOutput()方法，該方法調用的是：

outputDesc->changeRefCount(stream, -1);

與startOutput()接口類似，也存在相同的寫限制，不同的是這遞減1的內存寫漏洞。

1.2內存讀漏洞

內存寫漏洞也產生在“media.audio_policy”中，問題出在isStreamActive()接口。該接口定義為：

bool isStreamActive(audio_stream_type_t stream, uint32_t inPastMs)

類似於startOutput()接口，該接口調用了AudioPolicyManagerBase::isStreamActive()方法，該方法調用：

即AudioOutputDescriptor::isStreamActive()方法，該方法代碼為：

如果根據isStreamActive()返回值判斷mRefCount[stream]是否為0，需要滿足2個條件：

lmRefCount[stream] != 0；

lns2ms(sysTime - mStopTime[stream]) > inPastMs：

sysTime - mStopTime[stream]為時間差值，為正值，當inPastMs>=0x80000000時，該不等式成立。

所以可以通過控制stream和inPastMs的值判斷mRefCount內存相對偏移的值是否為0。

0x2利用之前

2.1利用技巧小結

1）利用內存讀，模糊匹配audio_hw_device對象

audio_hw_device這個結構包含了audio硬件設備函數指針，在“media.audio_policy”和“media.audio_flinger” service提供的接口中會被調用，這有利於寫exploit。audio_hw_device結構定義如下：

[圖片來自原文]

分析發現audio_hw_device對象中reserved和function_ptrs-> get_supported_devices為0，其它字段為非0。該結構用0和非0的形式可表示為：

前面提到可以通過isStreamActive()接口判斷內存值是否為非0，這樣結合audio_hw_device結構的特征在內存中搜索，恰巧在mRefCount的上下內存區域中可以搜索到audio_hw_device對象。

2）利用內存寫，洩漏內存地址

“media.audio_flinger”提供了getInputBufferSize()接口[11]，接口定義為：

其服務端代碼為：

當客戶端調用getInputBufferSize()接口，服務端最終調用get_input_buffer_size()即audio_hw.cpp::adev_get_input_buffer_size()函數，最後返回size。由arm指令特性可知，get_input_buffer_size(dev, &config)函數的反匯編中，通過R0傳入dev指針，即audio_hw_device對象，函數執行完後，返回值通過R0傳回。如果修改get_input_buffer_size函數指針，讓其指向“BX LR”，那個就可拿到audio_hw_device對象的內存地址。

恰巧get_input_buffer_size ()函數指針也存儲於audio_hw_device對象中，使用內存寫漏洞讓audio_hw_device. get_input_buffer_size指向一個“BX LR”的地址即可獲取audio_hw_device對象地址。

2.2踩到的坑

筆者在調試exploit時發生多次crash，將update後的exploit放在https://github.com/Vinc3nt4H/cve-2014-7920-7921_update，編譯環境：Android 4.3_r2.1，運行環境：AVD 4.3（4.3_r2.1）。

1）搜索audio_hw_device對象時mediaserver crash

在運行exploit時，可以搜索到audio_hw_device對象，但mediaserver crash了，可能是由於搜索的內存范圍過大，導致非法內存訪問。可縮小搜索范圍試試，比如設置MAX_OFFSET為-3000。

2）總是獲取不到adev_open_output_stream()地址

筆者在AVD 4.3上使用原gadget read_r0_offset_108，總是獲取不到adev_open_output_stream函數的指針，然後在camera.goldfish.so中找了一個gadget（thumb）：

3）android 4.4.2上crash

開始時筆者在AVD 4.4.2中執行exploit總是不成功，調試發現audio_hw_device. get_input_buffer_size的值被置了0，如下圖：

因為mediaserver中加載的audio.primary.goldfish.so基址大於0x7FFFFFFF，也就是mRefCount[offset_get_input_buffer_size] > 0x7FFFFFFF，即為負數，在利用遞增1/遞減1時，changeRefCount()方法，如果(delta + (int)mRefCount[stream]) < 0，則將mRefCount[stream]置為0。在4.4.2上很難利用成功。

 

0x3漏洞利用分析

3.1搜索audio_hw_device對象相對偏移

2.1-1中提到利用audio_hw_device結構的特征在mediaserver進程中搜索匹配的對象。利用isStreamActive()的內存讀漏洞讀取mRefCount附件內存區域生產0/非0的內存映射，然後與audio_hw_device結構特征匹配，計算出audio_hw_device對象相對於mRefCount的相對偏移。

3.2 Bypass ASLR

2.1-2中有提到利用內存寫漏洞獲取內存地址，接下來我們來分析exploit是如何利用內存寫繞過ASLR的。

1）獲取audio.primary.goldfish.so基地址

首先修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指針的值，get_input_buffer_size原始指向adev_get_input_buffer_size，修改使其指向camera.goldfish.so::0x1E290+1，記為gadget1，代碼如下：

其中library_offset為所使用的lib基址與audio.primary.goldfish.so庫基址之間的偏移，gadget_offset為相對於該lib庫基址的偏移；RELATIVE_ADDRESS_OF_GET_INPUT_BUFFER_SIZE為adev_get_input_buffer_size函數地址在audio.primary.goldfish.so中的偏移；modify_value()函數是內存遞增1 /遞減1操作的封裝。gadget1為：

然後調用AudioFlinger::getInputBufferSize()跳到gadget1。

uint32_t read_function_pointer_address = af->getInputBufferSize(0, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)0);

gadget1執行時R0為dev即audio_hw_device對象，參考audio_hw_device結構，R0+0x64為open_output_stream即adev_open_output_stream的值，通過R0返回。

再減去adev_open_output_stream在audio.primary.goldfish.so中的偏移READ_FUNCTION_POINTER_OFFSET_FROM_BASE_ADDRESS，即可得到audio.primary.goldfish.so的基址。

2）獲取audio_hw_device對象地址

修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指針使其指向libcamera_client.so::0x208FC+1，即gadget2：

gadget2運行時直接返回dev（R0）的值，即audio_hw_device對象的地址。

3）設置write gadget

修改audio_hw_device. get_input_buffer_size為libcamera_client.so: 0x208f0+1，記為gadget3，利用代碼如下：

我們再來看看AudioFlinger::getInputBufferSize()方法，其中：

看gadget3，寫數據調用接口getInputBufferSize(address, 0, value)（該接口定義為getInputBufferSize(uint32_tsampleRate, audio_format_t format, audio_channel_mask_tchannelMask)），走到get_input_buffer_size(dev, config)時，R0為dev, R1為&config，gadget3執行如下：

至此我們將audio_hw_device. get_input_buffer_size指向gadget3，再調用getInputBufferSize(address, 0, value)就可以向address-0xC內存寫入value。

3.3布局Gadget Buffer

將system()函數地址及參數寫到audio_hw_device.reserved中，再修改audio_hw_device.get_input_buffer_size指向一個call gadget，當再次調用get_input_buffer_size()時call gadget被觸發。

1）寫入system()函數參數

看利用代碼：

write32()函數寫數據分為2步：

a）設置數據偏移

調用modify_value(aps, g_primary_device_offset + 1, offset - g_current_write_offset);修改dev.version的內容，該字段作為後面數據寫入時的數組偏移；dev.version首次從0x200遞減直到0xC：

b）寫入數據

調用af->getInputBufferSize(g_primary_device_address + sizeof(uint32_t) + 12, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)value)觸發gadget3執行，調試時斷在gadget3上：

此時R0指向dev，R1為&config：

查看[R1]內存，R1[0]為config. sampleRate即address，為要寫入的地址，address為&dev[0]+4+12，R1[1]為config. channelMask即value，值為“/dat”：

gadget3的偽代碼大致如下：

該gadget（某次）運行完後，數據已被寫入audio_hw_device對象中:

2）寫入system()函數地址

根據audio.primary.goldfish.so的基址計算出system()函數的地址，調用gadget3寫到dev+36：

3）寫入call gadget

調用gadget3修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指針的值，使用指向，libstagefright.so: 0x5EF88+1，記為gadget4。

gadget4：

3.4觸發代碼執行

利用代碼為：

af->getInputBufferSize(0, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)0);

當調用getInputBufferSize()時觸發gadget4執行：

寄存器值：

調用system()函數，加載外命令/data/local/tmp/a。筆者寫了個遠程shell命名為a，下圖是運行成功後獲取的shell，為“media”權限：

0x4參考鏈接

[1]http://bits-please.blogspot.com/2016/01/android-privilege-escalation-to.html

[2]https://github.com/laginimaineb/cve-2014-7920-7921

[3]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp#40

[4]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/services/audioflinger/AudioFlinger.cpp

[5]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/services/audioflinger/AudioPolicyService.cpp

[6]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/include/media/IAudioPolicyService.h

[7]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/media/libmedia/IAudioPolicyService.cpp

[8]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/media/libmedia/IAudioPolicyService.cpp#384

[9]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/services/audioflinger/AudioPolicyService.cpp#234

[10]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/hardware/libhardware_legacy/audio/AudioPolicyManagerBase.cpp#3083

[11]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/frameworks/av/media/libmedia/IAudioFlinger.cpp#346

[12]https://github.com/Vinc3nt4H/cve-2014-7920-7921_update