날씨가 많이 쌀쌀해진 10월입니다..

요즘은 아침과 한 낮의 온도차가 너무 심하네요.. ^^;

간절기에 모두들 건강하신지 모르겠습니다


오늘은 모의해킹 도중 있었던 일로 한번쯤은 되짚어 보고 넘어가 봐야 하는 것들이 아닌가 해서 한번 올려봅니다..


저희 TeamCR@K에서는 신입팀원들에게 모의해킹 시 주의사항에 대해 교육을 하는데요.

SQL Injection 시도 시 UPDATE, DELETE, CREATE, INSERT 등의 SQL 구문 실행 금지 항목도 있고..

여러 항목들 중 하나가 "Exploit 실행 금지" 항목입니다.

사실, Exploit 실행 금지에 대해 여러 의견이 많습니다.


해당 항목이 존재하는 제일 첫번째의 이유는 아무래도 "고객사 서버의 안정성"이겠네요..

고전해킹으로 분류되는 Race Condition과 같은 기법은 노후화 된 장비에 무리를 줄 수 있고,  Server Daemon을 공격하는 Remote Exploit의 경우 대고객 서비스에 장애를 일으킬지 모르며, 더 나아가 결제와 관련된 시스템일 경우 그 피해는 상상을 초월할테니까요..

또한 최근 리눅스 계열 배포판에서 많이 도출되는 취약점의 경우는 Kernel Exploit 들이 많습니다.

Kernel Exploit의 경우 실행결과가 Crash로 나타나는 형태가 많기 때문에 Kernel Panic으로 인한 실 서버 다운 등의 사태로 이어질 수 있어 이를 금지하고 있습니다.


Exploit 실행을 금지하는 또 하나 지적되는 문제로서는 Script Kiddies와도 관련이 깊을것이라 추측하고 있습니다.

쉽게 이야기하자면 "Exploit Code를 이해하지 못하는 수행인원으로부터 나오는 위험성"이겠네요.

Exploit의 취약점을 이해하지 못하고(하려 하지도 않고) Exploit 하는 행위만을 학습하는 결과가 아닐까 생각됩니다.

그 결과, 고객사 서버 안정성에 위해를 가하는 것으로 귀결될테니까요..


어찌됐든 지난 주 AIX 시스템에 접근할 기회가 생겼습니다.

일반 사용자 권한이었기에 시스템 관리 권한을 획득하기 위해 고객사에 양해를 구한 후 CVE-2013-4011에 해당하는 취약점을 공격하여 root 권한을 획득하였습니다.


[그림 1] CVE-2013-4011 취약점 공격


취약점이 존재하는 명령어는 /usr/sbin/ibstat 명령어로, 이는 root의 SetUID bit가 적용되어 있는 명령어입니다. ibstat 프로그램은 "arp"라는 외부 명령어를 실행하는데, 이 때 "arp"가 SheBang 형태로 실행되기 때문에 프로그램 실행 경로인 PATH 환경변수를 조작하여 제작자가 의도한 "arp" 프로그램 대신 악의적으로 생성한 프로그램을 실행하도록 할 수 있습니다.


해당 취약점은 이미 2013년에 IBM에서 공식적인 보안패치를 공개한 취약점입니다.


http://www-01.ibm.com/support/docview.wss?uid=isg1SSRVPOAIX61SECURITY130716-1109


PATH를 조작하여 상위권한을 획득하는 형태의 Exploit은 주로 외부 프로그램을 실행할 때 system이나 popen 등의 함수를 사용하는데에서 기인합니다.

다음의 그림에서 보시는 경우도 같은 맥락입니다.


[그림 2] 외부프로그램 실행의 예


위 프로그램을 strace로 분석하면 다음과 같습니다.


[그림 3] 외부프로그램 실행 순서


PATH의 구분자는 ':' 문자이며, 왼쪽에 설정되어 있는 PATH일수록 우선순위가 높습니다.

"[그림 2] 외부프로그램 실행의 예" 그림에 나와있는대로 PATH설정을 할 경우 PATH는 다음과 같은 형태로 설정됩니다.


.:/usr/lib64/qt-3.3/bin:/usr/local/bin:/bin/usr/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/sbin:/home/indra/bin


맨 왼쪽에 설정되어 있는 PATH가 . (현재디렉터리)이므로 현재디렉터리에 있는 "sh"나 "ls"를 먼저 찾게 됩니다.

PATH는 사용자가 지정할 수 있는 환경변수이며, system 계열의 함수는 이러한 PATH 환경변수의 특성을 타게 되는데

악의적인 사용자의 조작된 PATH에 의해 공격에 노출되는 경우입니다. 


예전에 워게임이라는 레벨별 시스템 해킹 게임이 유행할때, 해커스랩 FHZ이라는 워게임이 있었습니다.

"뚫어볼테면 뚫어봐!"라는 의미로 서버 이름도 DRILL서버로 명명했던 것이 기억이 납니다.

그 당시 해커스랩 워게임 레벨 문제에 이와 같이 PATH 환경변수를 조작하여 푸는 문제가 있던 것으로 기억됩니다. 

지금으로부터 15년쯤전이니까.. 시간이 많이 흘렀네요..


현재의 리눅스 배포판들은 이러한 형태의 취약점은 거의 존재하지 않습니다.

물론 일반 웹 어플리케이션은 지금도 보안취약점이 발견되어 패치되고 있지만 기본 탑재되는 시스템 어플리케이션에 한정해서는

환경변수의 조작 (PATH/IFS), 특수문자의 사용 (;, |, `)  등으로 인한 소위 "고전 해킹" 방법에 의한 보안취약점 노출은 많이 줄어들었습니다.

해커스랩 워게임을 즐겨하고 시스템 분석을 좋아하던 시절, IBM의 AIX나 HP-UX, Irix, Tru64 등등은 욕망(?)의 대상이었습니다.

일반인들은 당연히 접근하지 못하는 시스템이었고, 보안권고문 같은 곳에서만 그 흔적을 찾을 수 있었을 뿐.. Unix 클론인 리눅스에 만족할 수 밖에 없던 시절이라고 기억됩니다.


고전해킹으로 분류되는 기법이 현재 발견되는 보안취약점에도 활용 될 수 있다는 사실에는 만감이 교차합니다.

여타 Unix 시스템들은 지금도 접근하기 쉽지 않다는 그 특수성에 의해 분석되기 쉽지 않다는 이유와 함께..

현재의 리눅스 시스템은 오히려 사람들 앞에 오픈되어 수 많은 리눅스 관련 어플리케이션 개발자, 커널 커미터, Errata 버그 보고자들의 노력으로 이뤄진 성과가 아닐까 싶기도 합니다.


뚫는 것 보다 막는 것이 어렵다.. 라는 것을 다시 한번 느끼기도 하면서 수 많은 리눅스 관련 개발자들에게 다시한번 경외심이 드는 케이스가 아닐까 합니다.. ^^

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루팅된 Android 환경에서 특정 모바일 애플리케이션을 조작하는 방법은 크게 세가지 정도로 구분할 수 있습니다.


1. ptrace() 시스템 콜 사용

2. LD_PRELOAD 환경변수 사용

3. LKM (Loadable Kernel Module) 사용


다른 방법이 더 존재할지는 모르겠지만 크게 위와 같은 맥락에서 움직이고 있는 것 같습니다.

위 방법들 중에서 오늘은 LD_PRELOAD에 대해 조금 말씀드릴까 합니다.


Android 환경에서 애플리케이션이 실행될때에는 zygote라는 프로세스에 의해 apk파일이 로드되며 실행되는데, 이러한 zygote 프로세스는 전체적으로 애플리케이션의 권한 할당이나 프로세스 생성에 관여하게 됩니다.

zygote 프로세스는 애플리케이션이 실행되는 가장 기본적인 환경이므로 init (pid 1번 프로세스) 프로세스에 의해 관리되고 있으며, init 프로세스는 zygote 프로세스가 정상적인 동작을 하지 않거나 외부환경에 의해 동작을 멈추면 즉시 재시작하도록 되어있습니다.


init 프로세스는 부팅 초기에 init.rc 파일을 읽어들여 환경설정과 함께 zygote 프로세스를 생성하도록 수행합니다.

다음은 init.rc 파일의 일부분입니다.

...

> snip <

service zygote /system/bin/app_process -Xzygote /system/bin --zygote --start-sys

    class main

    socket zygote stream 660 root system

    onrestart write /sys/android_power/request_state wake

    onrestart write /sys/power/state on

    onrestart restart media

    onrestart restart netd

> snip <

...


zygote의 실제 실행프로그램은 /system/bin/app_process 이며, 옵션에 따라 zygote 프로세스 역할을 수행하는 것으로 보입니다.

zygote프로세스가 실행될 때 LD_PRELOAD 환경변수를 추가하여 실행되도록 하면 특정 라이브러리 함수들을 후킹하여 변조하는 기법이 존재하는데, 대부분 이를 위해 init.rc 파일을 수정하게 됩니다.

그러나 init.rc 파일을 수정하기 위해서는 boot 이미지파일의 압축해제, 수정 및 변조, 재 압축, boot 이미지파일 overwrite 등의 과정을 거쳐야 하므로, 귀찮은 작업이 될 수도 있습니다.

그래서 다른 방법이 없을까 고민해 보다가 다음과 같이 환경변수를 injection 하는 방법을 구상해보았습니다.


[그림 1] LD_PRELOAD injection


"zygote가 정상적인 실행상태가 아니면 init 프로세스에서 zygote 프로세스를 재 시작한다"는 점에 착안하여, 먼저 init 프로세스를 ptrace로 감지하면서 기존에 실행되고 있던 zygote 프로세스에 SIGKILL 시그널을 보냅니다.

그러면 zygote의 부모프로세스인 init 프로세스에서는 SIGCHLD 시그널을 받게 되고, zombie 프로세스가 되지 않도록 zygote가 사용하고 있던 리소스들을 kernel에 반환 후 zygote 프로세스의 재 시작 작업을 수행합니다.

zygote 프로세스의 재시작은 fork 시스템 콜을 수행하여 새로운 프로세스를 생성 한 후, execve 시스템 콜을 사용하여 zygote 바이너리를 실행하는 구조로 되어 있습니다.

바이너리 실행에 사용되는 execve 시스템 콜의 원형은 다음과 같습니다.


int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);


execve 시스템 콜의 3번째 인자가 envp라고 되어 있는데 바로 이 envp 인자가 실행되는 프로그램의 환경변수를 결정하게 됩니다.

따라서 zygote를 실행하기 위한 execve 시스템 콜 실행 직전에 LD_PRELOAD 환경변수를 injection한다면 zygote는 변조된 환경변수를 가진 상태에서 실행될 수 있습니다.

다음은 이러한 시나리오를 가지고 만든 injector 소스코드의 일부입니다.


/*

* god_daewoong.c

*

* Version: v1.0

* Date: 2014.09.10

*

* You can compile using gcc with -D option: -D_SO_PATH=\"${SO_PATH}\"

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <ctype.h>

#include <errno.h>

#include <sys/wait.h>

#include <sys/ptrace.h>

#include <linux/user.h>

#include <linux/ptrace.h>


#define EXTRA_ENVIRON   "LD_PRELOAD="_SO_PATH

#define ZYGOTE_PATH     "/system/bin/app_process"


long internal_ptrace(int, pid_t, void *, void *);

#define PTRACE(r,p,a,d) internal_ptrace(r,p,a,d)

#define SYSCALL_REGISTER(r) r.ARM_r7

#define IP_REGISTER(r) r.ARM_ip

#define RESULT_REGISTER(r) r.ARM_r0

#define ENV_REGISTER(r) r.ARM_r2


#define MAX_BUFFER_SIZE 1024

#define MAX_PROC_PID    65536


int init_pid = 1;


void sigint(int signo)

{

        fprintf(stdout, "[!] Received Ctrl+C signal.\n");

        if(init_pid != 0) {

                if(PTRACE(PTRACE_DETACH, init_pid, (void*)1, 0) < 0)

                        fprintf(stderr, "[!] PTRACE_DETACH error\n");

        }

        exit(0);

}


long internal_ptrace(int request, pid_t pid, void *addr, void *data)

{

        int ret, stat;


        errno = 0;


        while(1) {

                stat = 0;

                ret = waitpid(pid, &stat, WNOHANG);

                if((ret == pid && WIFEXITED(stat)) || (WIFSTOPPED(stat) && !WSTOPSIG(stat))) {

                        fprintf(stderr, "[!] Killed Process: %d\n", pid);

                        return -1;

                }

                if((ret = ptrace(request, pid, addr, data)) == -1) {

                        switch(request) {

                        case PTRACE_DETACH:

                        case PTRACE_SYSCALL:

                        case PTRACE_KILL:

                                return 0;

                        default:

                        break;

                        }

                } else {

                        break;

                }

        }

        return ret;

}

int doPunchLine(void)
{
        struct pt_regs regs;
        siginfo_t sig;
        int zygote_path_check = 0;
        char buf[128];
        int i, ret = -1;
        int zygote = 0;

        fprintf(stdout, "[*] Get the zygote pid..... ");
        if((zygote = get_zygote_pid()) < 0) {
                fprintf(stdout, "failed\n");
                return -1;
        }
        fprintf(stdout, "%d\n", zygote);

        if(PTRACE(PTRACE_ATTACH, init_pid, (void*)1, 0) < 0) {
                fprintf(stderr, "[!] PTRACE_ATTACH error\n");
                return -1;
        }

        fprintf(stdout, "[*] Attached the init process successfully: %d\n", init_pid);

        kill(zygote, SIGKILL);
        fprintf(stdout, "[*] Sending a SIGKILL signal to zygote\n");

        // XXX: tracing...
        while(1) {
....
> snip <
...
        }

failed:
        if(PTRACE(PTRACE_DETACH, init_pid, (void*)1, 0) < 0) {
                fprintf(stderr, "[!] PTRACE_DETACH error\n");
        }

        return ret;
}

int get_zygote_pid(void)
{
        char fname[64];
        char status[64];
        int i, zygote_pid;
        FILE *fp = NULL;

        zygote_pid = -1;

        for(i = 0; i < MAX_PROC_PID; i++) {
                snprintf(fname, sizeof(fname), "/proc/%d/status", i);
                if((fp = fopen(fname, "r")) == NULL)
                        continue;
                if(fgets(status, sizeof(status), fp) != NULL) {
                        if(strstr(status, "zygote") != NULL) {
                                zygote_pid = i;
                                fclose(fp);
                                break;
                        }
                }
                fclose(fp);
        }
        return zygote_pid;
}

int HerpoongIs0Per(int pid)
{
        void *environ, *mem, *sp, *init_sp, *data;
        int text, j, newdata, empty = 0;
        const char *add = EXTRA_ENVIRON;
        struct pt_regs regs;

        if(PTRACE(PTRACE_ATTACH, pid, (void*)1, 0) < 0) {
                fprintf(stderr, "[!] PTRACE_ATTACH error\n");
                return -1;
        }

        // XXX: Finding execve() syscall
        while(1) {
                if(PTRACE(PTRACE_GETREGS, pid, 0, &regs) < 0) {
                        fprintf(stderr, "[!] PTRACE_GETREGS error\n");
                        goto failed;
                }

                // XXX: execve() sys-call number is '11'
                if(SYSCALL_REGISTER(regs) == 11 && IP_REGISTER(regs) == 0) {
                        environ = (void*)ENV_REGISTER(regs);
                        fprintf(stdout, "[*] Environ: %p\n", environ);
                        break;
                }
                if(PTRACE(PTRACE_SYSCALL, pid, (void*)1, 0) < 0) {
                        fprintf(stderr, "[!] PTRACE_SYSCALL error\n");
                        goto failed;
                }

        }
...
> snip <
...
        if(PTRACE(PTRACE_DETACH, pid, NULL, NULL) < 0) {
                fprintf(stderr, "[!] PTRACE_DETACH error\n");
        }
failed:
        return 0;
}


int main(void)
{
        int new_zygote;

        signal(SIGINT, sigint);

        fprintf(stdout,
                "*****************************************************\n"
                "************ Android LD_PRELOAD Injector ************\n"
                "*****************************************************\n"
                "                Implemented by TeamCR@K in A3Security\n\n"
                "  Greetz to: 1ndr4, bash205, blpark, fr33p13, alrogia\n"
                "                              kgyoun4, maz3, rhaps0dy\n\n");

        if((new_zygote = doPunchLine()) != -1) {
                HerpoongIs0Per(new_zygote);
        }
        fprintf(stdout, "[*] Done\n");
        return 0;
}


악의적으로 사용될 수 있는 우려로 인해 전체 소스코드를 올리지 못하는 점 양해 부탁드립니다.

위 코드를 컴파일 하여 실행하면 다음과 같이 재시작된 zygote의 실행환경에서 특정 라이브러리가 적재되어 실행되는것을 볼 수 있습니다.


[그림 2] Injector 실행 전 zygote의 기본 환경변수


[그림 3] Injector 실행 후 재 시작된 zygote 프로세스에 적용된 LD_PRELOAD 환경변수


[그림 4] LD_PRELOAD에 의해 적재된 libopen.so 라이브러리가 정상적으로 동작한 화면


LD_PRELOAD로 로딩한 Shared Object의 소스코드는 다음과 같습니다.


/* libopen.c */

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdarg.h>

#include <unistd.h>

#include <dlfcn.h>


#define LIBC_PATH       "/system/lib/libc.so"

#define LOG_PATH        "/data/test/openhook.log"


static int (*orig_open)(const char *f, ...) = NULL;


int open(const char *f, ...)

{

        int fd = 0, flags = 0, mode = 0;

        void *dl = NULL;

        va_list args;

        FILE *fp = fopen(LOG_PATH, "a+");


        if(fp == NULL) fp = stdout;


        fprintf(fp, "[HOOK-LIB] Executed open() system call: %s\n", f);

        if((dl = dlopen(LIBC_PATH, RTLD_LAZY)) == NULL) {

                fprintf(fp, "[!] dlopen() function error.\n");

                return -1;

        }

        orig_open = dlsym(dl, "open");

        if(orig_open == NULL) {

                fprintf(fp, "[HOOK-LIB] dlsym() function error.\n");

                return -1;

        }

        va_start(args, f);

        flags = va_arg(args, int); // 2nd argument of open() syscall (flags)

        mode = va_arg(args, int); // 3rd argument of open() syscall (mode)

        va_end(args);

        if((fd = orig_open(f, flags, mode)) < 0) {

                fprintf(fp, "[HOOK-LIB] orig_open() function error: %s\n", f);

                return -1;

        }

        dlclose(dl);

        fclose(fp);

        return fd;

}


zygote 프로세스가 실행되는 시점에 환경변수를 추가하여 실행하는 형태의 인젝션 방식은 init.rc 파일을 손상시킬 우려가 없으며, 모바일 기기를 재시작하면 본래의 시스템 환경으로 동작하게 됩니다.

injector의 Full Source code를 올려드리지는 못하지만 특정 환경변수를 추가하여 zygote를 실행하도록 되어 있는 pre-compiled binary를 대신 올려드립니다.


god_daewoong-poc


위 바이너리를 실행하면 다음과 같이 특정이름의 환경변수가 추가되어 동작하는 zygote를 확인 하실 수 있습니다.


[그림 5] 테스트 injector 동작 화면


본 injector 프로그램은 루팅된 Android 버전에서 테스트 되었으며, 다음과 같은 디바이스 정보를 가진 기기에서 테스트 되었습니다.


[그림 6] 테스트 환경


감사합니다.

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