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 ，尊龙凯时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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