MS15-034/CVE-2015-1635 HTTP.SYS 漏洞分析

前言

在4月的补丁日，微软通过标记为“高危”的MS15-034补丁，修复了HTTP.SYS中一处远程代码漏洞CVE-2015-1635。据微软公告（https://technet.microsoft.com/en-us/library/security/MS15-034）所称，当存在该漏洞的HTTP服务器接收到精心构造的HTTP请求时，可能触发远程代码在目标系统以系统权限执行。

这是对于服务器系统影响不小的安全漏洞，任何安装了微软IIS 6.0以上的Windows Server 2008 R2/Server 2012/Server 2012 R2以及Windows 7/8/8.1操作系统都受到这个漏洞的影响。

从微软的公告致谢来看，这个漏洞是由“Citrix Security Response Team”（美国思杰公司的安全响应团队）发现，从网上公开的信息来看，Citrix公司是一家从事云计算虚拟化、虚拟桌面和远程接入技术领域的高科技企业。这也引发了Twitter上很多关于该漏洞是否是由针对Citrix公司的APT攻击中发现的疑问，而就在微软发布补丁的不到12个小时内，便有匿名用户在Pastebin网站上贴出了针对这个漏洞可用的概念验证攻击代码，似乎也印证了这一点。

笔者和360Vulcan的小伙伴们获得该信息后，就开始针对其进行深入的分析，并在12小时内初步分析清楚了漏洞的原理和利用相关信息，下面就将我们分析的一些结果分享给大家，以便更好地促进安全社区理解和防御这一高危安全漏洞。

漏洞重现

结合Pastebin网站上贴出的信息（http://pastebin.com/ypURDPc4）和微软公告，我们知道这是一个位于HTTP.SYS中的整数溢出漏洞，根据Pastebin网站的python代码，我们知道通过给IIS服务器发送这样格式的HTTP请求，就可以触发（检测）这个漏洞：

GET / HTTP/1.1
Host: stuff
Range: bytes=0-18446744073709551615

我们直接使用wget或curl工具，也可以直接测试这个漏洞，例如使用如下命令行：

wget 127.0.0.1 –debug –header="Range: bytes=0-18446744073709551615"

此处18446744073709551615转为十六进制即是 0xFFFFFFFFFFFFFFFF(16个F），是64位无符号整形所能表达的最大整数，那么我们很容易可以想到，这个“整数溢出”必然同这个异常的超大整数有关。

Pastebin上POC的作者提供的检测工具代码认为，如上请求包，若IIS服务器返回“Requested Range Not Satisfiable”，则是存在漏洞，否则如果返回”The request has an invalid header name“，则说明漏洞已经修补。

在实测中可能很多人也会发现并非如此，针对不同的服务器，这个测试程序很可能导致服务器直接BSOD甚至直接引发VM进程Crash(对于虚拟主机），这是为什么呢？这究竟是发生在何处的什么原因的整数一处呢？在下面的小节中我们将会进一步讲到。

漏洞原理分析

HTTP.SYS是微软从IIS6.0开始，为了在Windows平台上优化IIS服务器性能而引入的一个内核模式驱动程序。它为IIS及其他需要运用HTTP协议的微软服务器功能提供HTTP请求的接收与响应、快速缓存、提高性能、日志等功能服务。

更多关于HTTP.SYS的信息，可以参考微软Technet Library中”IIS 6.0 Architecture”中的“HTTP Protocol Stack”一章（https://technet.microsoft.com/en-us/library/cc739400(v=ws.10).aspx)。 HTTP.SYS提供了两个最重要的功能是Kernel-mode caching 和Kernel mode request queuing，而本次的安全漏洞就出在Kernel mode caching（内核模式缓存）中。

这里笔者以Windows 8.1 X86平台上安装的IIS 8.5为例进行分析讲解，这里我们分析的存在漏洞的HTTP.SYS版本号为6.3.9600.16520，修补后的http.sys版本为6.3.9600.17712

Pastebin上POC代码的匿名作者提到，补丁修补了http!UlpParseRange函数，通过RtlUlonglongAdd函数实现了修补/拦截。

从测试代码和函数名上，我们都可以看出这个漏洞同HTTP头中的”Range“域有直接的关系， Range请求是HTTP协议中HTTP客户端用于只获取服务器上文件的某一部分数据的请求域，更多关于Range请求的细节和规范，可以参考RFC 7233 “Hypertext Transfer Protocol (HTTP/1.1): Range Requests”(http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7233.txt)。

这里先简单介绍一下http.sys缓存工作的原理，IIS进程w3wp.exe接收到HTTP请求后，将数据缓存到内核中，并整合HTTP回应头，最后由http.sys组织数据包经由网络内核组件发送出去。请求中包括Ranges对象的指定范围，而缓存中则包含了http文件和大小信息等。

我们接下来先来看看这个UlpParseRange函数，看他是否是这个漏洞的根本原因。

UlpParseRange的整个代码比较长，这里就不全部贴出了，函数的逻辑很简单，就是从Range bytes=lower-upper（也可以是lower-或-upper形式）中，解析出lower（即读取范围的开始offset）和upper（即读取范围的结束offset)），然后计算要读取的长度，在正常的情况下，upper大于lower，因此长度=upper-lower +1

这里如果是测试代码中的例子，lower=0 ，upper=0xFFFFFFFFFFFFFFFF

我们看看未修补前的代码是怎么样写的

PAGE:0009AD2C                 sub     eax, edx
PAGE:0009AD2E                 sbb     ecx, edi
PAGE:0009AD30                 add     eax, 1
PAGE:0009AD33                 mov     [esi], eax
PAGE:0009AD35                 adc     ecx, ebx
PAGE:0009AD37                 mov     [esi+4], ecx

通过汇编代码我们可知，这里是将upper先减去lower，再加1，得到两者之间的长度差距（例如 bytes=20-50, 则50-20+1 , 两者之间有31个字节）

按照例子里的写法，就是0xFFFFFFFFFFFFFFFF – 0 + 1， 确实发生了整数溢出，64位无符号整数上溢为0。

我们来看修改后的版本：

PAGE:0009B501                 push    ebx
PAGE:0009B502                 sub     eax, edx
PAGE:0009B504                 push    1
PAGE:0009B506                 sbb     ecx, edi
PAGE:0009B508                 push    ecx
PAGE:0009B509                 push    eax
PAGE:0009B50A                 mov     ecx, esi
PAGE:0009B50C                 call    _RtlULongLongAdd@20

这里的代码是将upper 先减去 lower，然后再用RtlUlonglongAdd 将结果同1相加，这里RtlUlonglongAdd会做安全性检查，如果相加结果溢出，则会返回STATUS_INTEGER_OVERFLOW.

由于测试代码中lower传入的是0，所以这里也发生了溢出并被捕获、阻止，但如果lower != 0，这里压根就不会捕获到整数溢出，这是怎么回事呢？真正出现问题的地方是这里吗？

实际上，这可能是POC编写者故意隐藏了一点关键细节： UlpParseRange通过操纵Range参数可以引发整数溢出，也确实被进行了修补，但是并非这个Range数据真正出现问题的地方。

我们进一步推测和分析，发现本次漏洞真正利用的地方，而是UlAdjustRangesToContentSize，这个函数用于最终修正Ranges中指定的StartingOffset和Length的合法性。

首先UrlpParseRange解析了Range参数并获得StartingOffset和Length后，会将其保存在http请求的对象中，而在解析到对应的缓存后，对比Offset + Length的大小，是否超过要请求的缓存文件数据长度，如果超出了，就要把length裁剪为适合的长度，防止读取超出的数据，见如下代码：

PAGE:0007FD09                 mov     eax, [ebp+length_low]    
PAGE:0007FD0C                 add     eax, dword ptr [ebp+offset_low]
PAGE:0007FD0F                 mov     dword ptr [ebp+offset_low], eax
PAGE:0007FD12                 mov     eax, [ebp+length_high]
PAGE:0007FD15                 adc     eax, dword ptr [ebp+offset_high]  ;将Length + Offset
PAGE:0007FD18                 cmp     eax, esi                          ;esi = content length ，缓存的实际数据长度，进行对比
PAGE:0007FD1A                 jb      short loc_7FD30
PAGE:0007FD1C                 ja      short loc_7FD23
PAGE:0007FD1E                 cmp     dword ptr [ebp+offset_low], ecx  
PAGE:0007FD21                 jb      short loc_7FD30
PAGE:0007FD23
PAGE:0007FD23 loc_7FD23:                             
PAGE:0007FD23                                         
PAGE:0007FD23                 sub     ecx, [ebp+length_low]                ;length = contentlength-offset            
PAGE:0007FD26                 mov     eax, esi
PAGE:0007FD28                 sbb     eax, [ebp+length_high]
PAGE:0007FD2B                 mov     [edx+4], eax

这里我们看到是一处可利用的整数溢出，Length + offset如果发生溢出，就会小于contentsize，这里就会跳过这个”adjust”的过程，Length没有得到任何处理和修正，我们成功控制了Length。

以例子中的数值为例，length + offset = (0xFFFFFFFFFFFFFFFF + 1 ) + 0 (这个+ 1是前面UlpParseRange添加的） = 0，小于contentsize

而假设lower不为0，则结果 = lower ,只要结果小于contentsize，也是不会被adjust的。

也就是说，UlpParseRange处发生了整数溢出，而在此处导致了安全检查的绕过，同时，如果lower != 0 ，UlpParseRange时不会被触发整数溢出，而是应该在这里得以触发。

到这里我们就弄清楚了这个漏洞的触发流程和原理：

1.upper(range结束的offset) = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF时，UlpParseRange或UlAdjustRangesToContentSize会触发整数溢出,导致绕过UlAdjustRangesToContentSize的Length检查

2.Length 可控，但是Length = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF – lower（range开始的offset）， 且lower必须要小于要获取目标文件的数据长度contentlength。

BSOD的重现和原理

看到很多测试攻击程序的研究人员都无法稳定重现BSOD，看Github上的讨论，通过调整lower的数值，有些人可以打蓝Server 2012 R2，有些人就不行，或者换个文件就不行。

实际上，我们分析了这个漏洞的原理就可以很清楚的了解其中的规律了，首先一条原则是上面已经说到的lower不能大于请求的content length，例如假设请求iisstart.htm(648Bytes），lower就必须小于647。

同时，HTTP请求的处理实际是先通过w3wp发起的进程上下文内http先解析HTTP请求包，组合成紧凑的http回应包后，通过

UlSendData->UxTpTransmitPacket->UxpTpEnqueueTransmitPacket

排入队列，然后再由UlSendCacheEntryWorker将其发送出去，在这个过程中，如果range指定的数据开始offset小于紧凑的数据包头部的总长度，那么就不会触发到后面继续命中缓存的处理。（range只允许对数据文件内存指定，不能指定响应头内的）

这里我使用wget添加头部的方式测试，回应包的长度应该是(针对Windows 8.1 X86)310个字节，也就是说，lower必须大于等于310个字节，其他的发送还需要调整这个数值。

所以，针对iisstart.htm , lower >= 310 且 < 647 就可以稳定触发BSOD了

进一步利用

这个漏洞难道只能BSOD吗？说好的远程代码执行呢？再深入看下漏洞触发的细节，看上去似乎不能远程代码执行，但是远程读取服务器内核内存数据是有可能的。

在UlpSendCacheEntry->UlBuildFastRangeCacheMdlChain中，http.sys会为HTTP回应头和缓存来源buffer/length（我们可控）创建MDL，那么，对于我们的超长length，就会创造一个巨大的mdl，接着放入UxTpTransmitPacket的数据包对象中，通过tcpip->netio，最后解析MDL，将数据最终发出去。

此时是可以超过缓存的空间，读取缓存内存往后的数据，如果缓存内存后面是连续的0xffffffffffffffff – lower(4GB?)左右内核内存（通常是X64)，就有可能实现信息泄露。

不过首先是很难有连续的4G内存，同时通过IIS也很难一下获得如此多的数据，那么只能设法降低这个内存要求：length = 0xFFFFFFFFFFFFFFFF – lower，且lower < contetnlength才行，我们可以想办法提高content length，达到降低Length的目的，例如在服务器上寻找一个接近4GB大小的文件：）

分析时间仓促，有任何进一步的利用和错误之处，欢迎讨论指正。