win32k.sys误差挖掘思绪解读
宣布时间 2020-05-09一、研究配景
4月1日，以色列清静研究员Gil Dabah在博客上宣布了一篇关于win32k误差研究文章，形貌了怎样通过内核工具的Destroy函数和win32k user-mode callback缓解步伐的特征来寻找UAF误差的新思绪 。
为此，优发国际网站官网ADLab对win32k相关内核机制举行研究剖析，并对这类误差的挖掘思绪举行详细解读剖析 。
二、win32k误差缓解与对抗
2.1 win32k user-mode callback误差
由于设计缘故原由，win32k驱动需要处置惩罚许多用户层的回调，这些回调给win32k� ？榈那寰泊戳撕苁谴蟮囊�，并在已往10年时间孝顺了大宗的误差 。
为了便于误差形貌，以如下伪代码举行举例剖析 。
NtUserSysCall()
｛
PWND p = CreateWindowEx(…);
somecallback();
xxxSetWindowStyle(p);
｝
上述代码执行效果如下图所示，用户层执行的某函数通过syscall传入内核层，当内核层代码执行到somecallback这一句时，用户层可以在用户界说的callback函数中获得代码执行的时机，若是用户在callback函数挪用了DestroyWindow函数销毁窗口p，内核层的响应销毁代码将会被执行，p的响应内存被释放，回调执行完毕，NtUserSysCall函数继续执行，当执行到xxxSetWindowStyle(p)一句时，由于p的内存已经被释放从而导致UAF误差的爆发 。
2.2 user-mode callback误差缓解机制
为了避免上述问题的爆发，微软在工具中引入了一个引用计数（工具+0x8处），工具分派时引用计数为1，当执行工具的Destroy函数时引用计数减1，当引用计数为0时工具会被真正释放 。微软通过锁的看法为工具添加和镌汰引用计数，在win32k中为工具治理引用计数的锁有两种划分是暂时锁（响应函数为ThreadLock/ ThreadUnlock）和永世锁（响应函数为HMAssignmentLock/ HMAssignmentUnlock） 。经由加固之子女码体现为如下形式：
NtUserSysCall()
｛
PWND p = CreateWindowEx(…);
ThreadLock(p);
Somecallback();
xxxSetWindowStyle(p);
ThreadUnlock();
｝
通过上述代码，可以包管纵然callback被执行，p在xxxSetWindowStyle函数执行的时间也不会被释放 。
2.3缓解机制的对抗手艺
上一节提到了工具的引用计数，若是工具的引用计数为正，纵然执行工具的destroy函数，工具没有真正被释放，仍然存留在内存中，这种工具被微软开发者称为僵尸（Zombie）工具 。一旦僵尸工具的引用计数镌汰到0它将会消逝，可是在此之前它仍然保存内存中，只是用户层无法会见该工具 。
同时为了避免僵尸工具继续存留在内存中，锁的释放函数（ThreadUnlock/ HMAssignmentUnlock）一样平常会包括工具的释放环节 。
工具的Destroy函数尚有一个特征就是在释下班具的同时，Destroy函数也会释下班具的子资源，其历程可以简要形貌如下 。
void xxxDestroyWindow(PWND pwnd)
｛
xxxFW_DestroyAllChildren(); // Destroy child windows, if exist!
if (NULL != pwnd->spmenu) // If there’s a menu, remove and destroy it.
｛
PMENU tmp = pwnd->spmenu;
if (HMAssignmentUnlock(&pwnd->spmenu)) // If it’s still locked
｛
DestroyMenu(tmp); // Try destroying it (it can remain a zombie).
｝
｝
DereferenceClass(pwnd);
if (HMMarkObjectDestroy(pwnd)) // Check for zero refs!
HmFreeObject(pwnd); // Only now free the object and handle pair.
｝
DestroyWindow在第一次挪用时释放子资源，一旦窗口不再被引用，句柄治理器就会再次完全销毁它，一样平常情形下，第二次销毁Destroy函数不会在行止置子资源，由于第一次已经释放了所有的子资源 。
可是事情往往不是这么简朴，事实上纵然是一个已经挪用过响应Destroy函数释放的僵尸工具，仍然有时机对其自己举行一些更改（回调之后内核代码仍会对工具举行一些操作），我们把这种情形叫做Zombie Reload，当该僵尸工具由于引用计数为0而被真正释放时，之前的更改操作将会给内核带来一些隐患 。
关于如下代码片断：
ThreadLock(pwnd);
xxxSomeCallback(); // Here we can destroy pwnd from user-mode.
InternalSetTimer(pwnd, ...); // reuse pwnd without check wether it is destroyed
ThreadUnlock();
SomefunctionUseTimer(); //UAF of Timer
我们在用户层回调中对pwnd执行了Destroy函数，然后通过InternalSetTimer为之设置了一个计时器，当ThreadUnlock将pwnd真正释放的时间，计时器也将被释放，那么接下来对计时器的操作将会导致UAF误差的爆发 。
三、案例剖析
上一节我们讨论了工具的引用计数和锁给工具带来的新的清静隐患，可是真正的挑战在于我们怎样确定一段代码中保存误差，要害点是确保在unlock函数中释放的工具在运行到有问题的代码时其引用计数应该为1，只有这样我们才华在用户层回调挪用其Destroy函数，并通过unlock函数将这个工具真正释放掉（上锁的时间会做+1处置惩罚），这也是我们接下来需要讨论的 。下面我们通过一个案例来剖析误差挖掘思绪 。
3.1误差成因
下图是xxxMnOpenHierarchy函数的代码片断 。
图中通过xxxCreateWindowEx可以获得一个返回用户层执行callback函数的时机，xxxCreateWindowEx建设的窗口将作为父窗口*(struct tagWND **)(**v3 + 8)（上图红框）的子窗口，若是我们可以通过ThreadUnlock释放父窗口，那么子窗口v32也会被释放，以是当后续的safe_cast_fnid_to_PMENUWND函数将v32作为参数执行时就会爆发问题，值得注重的是通过回调释放v32是行欠亨的，若是这样xxxCreateWindowEx将会返回0，无法通过if判断 。
这里的问题就在于怎样包管父窗口在ThreadUnlock函数执行的时间引用计数为1，由于要执行xxxMnOpenHierarchy函数需要将父窗口关联到一个menu窗口上，此时父窗口和menu窗口将会被一个永世锁锁住，下面我们先容怎样绕过永世锁 。
3.2 误差挖掘思绪
首先我们建设了g_hMenuOwner和g_hNewOwner两个窗口，其中g_hMenuOwner的菜单句柄为hMenu，它也是g_hNewOwner的所有者 。
在上述建设历程中，内核通过LockPopuMenu函数划分为hMenu和g_hMenuOwner添加了永世锁，为了告竣释放目的，这个永世锁需要被绕过 。
此时锁和所有者的关系是这样的：
接下来我们通过SetWindowsHookEx给窗口添加了WH_CBT钩子，并让窗口进入新闻循环中 。
SendMessage操作为g_hMenuOwner添加一个暂时锁，由于后续的所有攻击都是在message的回调中举行，以是关于g_hMenuOwner来说这个暂时锁是无法释放的，若是想要结构一个误差使用情形首先需要用一些要领来绕过它 。
现在的情形酿成了下图所示：
当新闻为HCBT_CREATEWND时，我们第一次抵达xxxMNOpenHierarchy函数内部的xxxCreateWindowEx 。
这里可以通过界说关于HCBT_CREATEWND新闻的处置惩罚获得执行用户层回调代码的时机，这一步的主要目的是为了获取Menu的Wnd 。
当吸收到的新闻为WM_ENTERIDLE时，我们在窗口的新闻回调中通过PostMessage下发新闻 。
发送新闻后，驱动程序来到了xxxMNKeyDown函数内部挪用xxxSendMessage处 。
通过WM_NEXTMENU新闻的回调函数最先为LPARAM赋值，赋值操作是为了修改hMenu的Owner，这样就可以将Owner的暂时锁绕过 。
此时内核会接到销毁menu的新闻，通过用户层的回调函数返回1阻止menu的销毁 。
xxxMNKeyDown函数通过UnlockPopupMenu将g_hMenuOwner身上的永世锁被去掉 。
取而代之的是g_hNewOwner加上了一个锁，hMenu的Owner也从g_hMenuOwner酿成了g_hNewOwner 。
这时，锁的关系酿成了：
接下来程序第二次进入到xxxMNOpenHierarchy函数并通过xxxSendMessage发送了新闻 。
此时通过设置WM_INITMENUPOPUP回调来获得用户层执行的时机，WM_INITMENUPOPUP回调函数通过SetWindowsHookEx函数设置了一个新的hook，目的是为了在xxxMnOpenHierarchy函数建设子窗口的时间获得用户层执行权限 。
xxxMnOpenHierarchy函数继续向下执行，再次来到xxxCreateWindowEx处 。
xxxCreateWindowEx挪用了刚刚设置的回调函数childMenuHookProc 。
在回调函数childMenuHookProc中，SendMessage发送了WM_NEXTMENU新闻，通过该界说该新闻的回调函数再次修改参数LPARAM，这是为了去掉g_hNewOwner身上的永世锁 。
Menu的Owner关系再次被改变，xxxMNKeyDown通过函数UnlockPopMenu去掉g_hNewOwner身上的永世锁 。并将这个锁重新加在了g_hMenuOwner上 。
这个时间，所有的锁都已经转移到了g_hMenuOwner身上，而由于WH_CBT钩子已经被移除，menu将被弃用，g_hNewOwner将把新建设的窗口link到自己身上 。这个时间情形酿成了下面的样子，g_hNewOwner身上已经没有需要绕过的锁了 。
接着childMenuHookProc通过SetWindowsHookEx函数又一次设置了回调函数并通过SetWindowLongPtr函数来挪用它，回调函数销毁了g_hNewOwner和xxxCreateWindowEx天生的新窗口 。
xxxCreateWindowEx返回的值为ffff871b80239130，这就是xxxCreateWindowEx建设的子窗口 。
接下来就可以通过ThreadUnlock来销毁g_hNewOwner和其新建设的子窗口来获得一个UAF误差 。
四、总 结
本文对win32k误差挖掘新思绪举行了详细解读，其中包括将unlock函数和工具的Destroy函数的特征关联在一起，并把工具的子资源作为攻击目的寻找新的攻击面的误差挖掘思绪 。另外，怎样通过工具内部的特征去绕过锁对工具的锁定的思绪和技巧，也很是具有借鉴意义 。
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