如何绕过Windows 10的CFG机制
前言
本文来源于我在2016年7月的研究结论，由于各种原因现在才能发布。2016年6月，Theori曾发表了一篇 关于MS16-063中修补了的IE漏洞分析 ，文中发布的exploit则仅是针对Windows7上的IE 11版本，此外由于Windows 10采用了CFG机制所以无法对Windows 10机器进行利用。
而本文就描述了我是如何在Windows 10下绕过CFG并进行利用的。事实上我还发现了另一种方法，会在接下来的一篇文章中提到。
了解CFG
控制流保护（Control Flow Guard，CFG）是微软在Windows 8.1 update 3和Windows 10下实现的一个保护机制，用以保护在汇编层下的直接调用。趋势科技分享的一篇 Windows 10如何实现CFG 的分析文章很不错。虽说目前已有数种公开的CFG绕过方法，但是这些方法大多是针对CFG的实现算法，而我想从功能的薄弱点入手。
Theori在其博文中讲到由于CFG机制，无法成功在Windows 7上成功利用，接下来就让我们来细究一二，然后尝试绕过它。
Theori分享的 利用代码 在Windows 10的IE下执行，直到调用虚函数表后被重写。所以剩下的问题便是，我们如何利用任意读写来绕过CFG。
根据趋势科技的研究，函数LdrValidateUserCallTarget调用CFG验证函数是否有效使用了间接调用，如下图所示：
加载到EDX中的指针是验证bitmap的基本指针，在本例为：
之后经过验证的函数将其地址加载到ECX，以kernel32！VirtualProtectStub作为例子，那么地址则为：
接着地址向右偏移8位，用以加载存储着验证位(validation bit)的DWORD值：
函数地址右移3位，然后执行位测试，实质上对偏移地址进行0×20模操作。然后利用验证的bitmap对DWORD进行检测：
所以相关的位都在偏移地址0×14：
这也就是说它是有效的，VirtualProtect存在有效调用地址，然而它的参数也必须由攻击者提供，所以我们还得再接再厉。通常情况是在ROP链中完成，但所有不是从函数开始的字节都是无效的，因此解决方案是找到一个在被调用参数是可以控制的函数，且函数的功能可以给攻击者提供便利。
在Windows 10中利用
Theori提供的exploit，代码执行是以stack pivot重写TypedArray的虚函数表。由于排除掉其他可能性，细究TypedArray提供的函数还是很不错的，以下两个函数就比较有趣：
偏移地址分别为0x7c和0×188，他们能从javascript代码中直接调用，而且HasItem有个可以控制的参数，与此同时Subarray存在两个用户可控制的参数，然而问题是它们都不返回除布尔值之外的任何数据。之后的问题便是，我们该选择哪个函数来进行覆盖。
此外选择的函数必须提供相同数量的参数，否则在返回时会导致堆栈不平衡而引发异常。我要找的API应该是可以向堆栈加载一个指针用以覆盖返回地址，从而绕过CFG。
我找到的API为RtlCaptureContext，在kernel32.dll、kernelbase.dll和ntdll.dll中都有调用，这个API有一个指向CONTEXT结构的参数：
CONTEXT结构保存了转储的包含ESP的所有寄存器，此外输入值仅仅为一个可容纳数据的指向缓冲区的指针。如下为TypedArray对象的布局：
第一个DWORD值是虚函数表指针，其能够被覆盖偏移地址0x7c处的API RtlCaptureContext的地址，然后创建一个假的虚函数表。同时偏移地址0×20下的DWORD是TypedArray用以指向实际数据的指针：
由于它依旧可能泄漏缓冲区地址，我们就将其充当为RtlCaptureContext的参数。为了构造假的虚函数表，必须在偏移地址0x7c处创建一个指针指向ntdll!RtlCaptureContext，这意味着泄漏了RtlCaptureContext地址，也即ntdll.dll的地址也泄漏了。执行的默认路径需要使用一个指向jscript9.dll的指针的虚表地址：
从该指针向上迭代0×1000个字节搜索MZ头，之后查找到指向kernelbase.dll的导入表。然后使用同样的方法找到kernelbase.dll的基址，接着找到ntdll.dll的导入表指针并再次获得其基址，最后从导出函数中找到RtlCaptureContext。
尽管这个方法是有效的但是有个缺陷，如果系统中装了EMET，会触发来自jscript9.dll的代码崩溃，因为从PE头或导出表读取数据是不被允许的，为了绕过EMET我使用了另外的技术。
记住CFG会保护所有的间接调用，由于jscript9.dll的函数被CFG保护了，所以不能调用直接指向ntdll的函数。偏移地址0×10下就有一个这样的函数：
使用读操作，能通过以下函数找到指向ntdll.dll的指针：
通过一个指向ntdll.dll的指针得到RtlCaptureContext的地址，这一步可以不通过查找导出表而是通过搜索签名或者hash完成。RtlCaptureContext内容如下：
前0×30字节保持不变且看来相当的独特。如下所示当把他们整合在一起时，将其作为不受限制的哈希碰撞：
函数可以使用指向ntdll.dll的指针作为参数。
接着将其全都整合到一起：
缓冲区偏移地址0×200包含了来自RtlCaptureContext返回的结果：
从上面可以清楚地看出堆栈指针被泄漏，现在我们需要找到一个能执行控制的地址用以进行重写。注意堆栈顶部：
这就是当前函数的返回地址。运气不要太好，该偏移地址与其他简单函数将是相同的，所以可以进行写入并使其覆盖其返回地址，从而绕过CFG。
利用补充如下：
运行时显示EIP控制：
此外在偏移地址0×40和0×44的写入现在位于栈顶，其允许创建stack pivot于是获得ROP链，接下来就是使用POP EAX gadget，随后使用XCHG EAX，ESP gadget。
解决方案
然而微软表示，通过损坏堆栈上的返回地址以绕过CFG是一个已知的设计限制，因此 无法领取任何种类的赏金 ，如下所示：
说了这么多，微软做了两个事情来解决这个问题，首先在Windows 10即将到来的版本中，将引进RFG机制（Return Flow Guard），防止通过损坏堆栈以获取执行控制的方式。其次便是在Windows 10的周年版发布中引入敏感的API的介绍，它仅保护微软Edge。虽然对于本例来说没有什么帮助，但是他能限制微软Edge中的RtlCaptureContext API。
Poc代码可以在这找到： https://github.com/MortenSchenk/RtlCaptureContext-CFG-Bypass
*参考来源： improsec ，FB小编鸢尾编译，转载请注明来自FreeBuf（FreeBuf.COM）
正文到此结束
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