SIGRed –解决您进入域管理的方式：利用Windows DNS服务器中存在17年的错误(CVE-2020-1350) – 作者:xuchen16

翻译来自：https://research.checkpoint.com/2020/resolving-your-way-into-domain-admin-exploiting-a-17-year-old-bug-in-windows-dns-servers/

研究者： Sagi Tzadik

介绍
DNS，通常被称为“互联网电话簿”，是一种将人类友好的计算机主机名转换为IP地址的网络协议。由于它是Internet的核心组成部分，因此存在许多DNS服务器的解决方案和实现，但是只有少数几种被广泛使用。

“ Windows DNS服务器”是Microsoft的实现，是Windows域环境的必要组成部分和要求。

SIGRed（CVE-2020-1350）是Windows DNS服务器中的一个可蠕虫，严重漏洞（CVSS基本评分为10.0），会影响Windows Server 2003至2019版，并且可能由恶意DNS响应触发。由于该服务以提升的特权（SYSTEM）运行，因此，如果成功利用该服务，则会向攻击者授予域管理员权限，从而有效地破坏了整个公司的基础结构。

动机
我们的主要目标是找到一个漏洞，使攻击者可以破坏Windows Domain环境，最好是未经身份验证的环境。各种独立安全研究人员以及民族国家赞助的研究都有很多相关研究。大多数公开和公开可用的资料和利用都集中在Microsoft对SMB（EternalBlue）和RDP（BlueKeep）协议的实现上，因为这些目标同时影响服务器和端点。要获得Domain Admin特权，一种直接的方法是直接利用Domain Controller。因此，我们决定将研究重点放在主要存在于Windows Server和域控制器上的，鲜为人知的攻击面上。输入WinDNS。

Windows DNS概述
“ 域名系统（DNS）是构成TCP / IP的行业标准协议套件之一，并且DNS客户端和DNS服务器共同为计算机和用户提供计算机名称到IP地址的映射名称解析服务。” – 微软。

DNS主要在端口53上使用用户数据报协议（UDP）来服务请求。DNS查询包括来自客户端的单个UDP请求和来自服务器的单个UDP响应。

除了将名称转换为IP地址外，DNS还具有其他用途。例如，邮件传输代理使用DNS查找最佳的邮件服务器来传递电子邮件：MX记录提供域和邮件交换器之间的映射，这可以提供附加的容错和负载分配层。可用DNS记录类型及其对应用途的列表可在“危机”百科上找到。

但是，本博客文章的目的不是要对DNS功能和历史进行冗长的论述，因此我们鼓励您在此处阅读有关DNS的更多信息。

您需要了解的内容：

DNS通过UDP / TCP端口53运行。
一条DNS消息（响应/查询）在UDP中限制为512字节，在TCP中限制为65,535字节。
DNS本质上是分层的和分散的。这意味着当DNS服务器不知道收到的查询的答案时，该查询将转发到层次结构中位于其上方的DNS服务器。在层次结构的顶部，全球共有13台根DNS服务器。
在Windows中，DNS客户端和DNS服务器在两个不同的模块中实现：

DNS客户端 – dnsapi.dll负责DNS解析。
DNS服务器 – dns.exe负责在安装了DNS角色的Windows Server上回答DNS查询。
我们的研究围绕dns.exe模块进行。

准备环境
我们的攻击面主要有两种情况：

DNS服务器解析传入查询的方式中的错误。
DNS服务器解析转发查询的响应（答案）的方式中的错误。
由于DNS查询没有复杂的结构，因此在第一种情况下发现解析问题的机会较小，因此我们决定将目标定位为解析传入查询的功能以转发查询。

如前所述，转发查询是利用DNS体系结构来将不知道答案的查询转发到层次结构中位于其上方的DNS服务器。

但是，大多数环境将其转发器配置为知名的，受人尊敬的DNS服务器，例如8.8.8.8（Google）或1.1.1.1（Cloudflare），或者至少是不受攻击者控制的服务器。

这意味着即使我们在解析DNS响应时发现问题，也需要建立中间人来利用它。显然，这还不够。

NS记录救援
NS代表“名称服务器”，该记录指示哪个DNS服务器是该域的权限（哪个服务器包含实际的DNS记录）。NS记录通常负责解析给定域的子域。一个域通常具有多个NS记录，这些记录可以指示该域的主要和备用名称服务器。

若要使目标Windows DNS服务器解析来自恶意DNS名称服务器的响应，请执行以下操作：

将我们域的（deadbeef.fun）NS记录配置为指向我们的恶意DNS服务器（ns1.41414141.club）。
查询受害Windows DNS服务器的NS记录deadbeef.fun。
受害DNS尚不知道该查询的答案，将查询转发到位于其上方的DNS服务器（8.8.8.8）。
权威服务器（8.8.8.8）知道答案，并响应的NameServer deadbeef.fun为ns1.41414141.club。
受害Windows DNS服务器处理并缓存此响应。
下次我们查询的子域时deadbeef.fun，目标Windows DNS服务器也会查询ns1.41414141.club其响应，因为它是该域的NameServer。

图1：查询我们的恶意服务器的受害DNS服务器的数据包捕获。

漏洞– CVE-2020-1350
函数：dns.exe!SigWireRead
漏洞类型：整数溢出导致基于堆的缓冲区溢出

dns.exe 为每种受支持的响应类型实现解析功能。

图2： Wire_CreateRecordFromWire：RRWireReadTable被传递给RR_DispatchFunctionForType确定的处理功能。

图3：RRWireReadTable及其一些受支持的响应类型。

支持的响应类型之一是SIG查询。根据“危机”百科的说法，SIG查询是SIG（0）（RFC 2931）和TKEY（RFC 2930）中使用的“ 签名记录 ” 。RFC 3755指定RRSIG替代DNSSEC内部使用的SIG。”

让我们检查一下Cutter为dns.exe!SigWireReadSIG响应类型的处理函数生成的反汇编：

图4：dns.exe!SigWireRead在Cutter中看到的拆卸图。

RR_AllocateEx通过以下公式计算传递给第一个参数（负责为“资源记录”分配内存的函数）：

[ Name_PacketNameToCountNameEx结果] + [0x14] + [签名字段的长度（rdi– rax）]

签名字段的大小可能会有所不同，因为它是SIG响应的主要有效负载。

图5：根据RFC 2535的SIG资源记录的结构。

正如你可以在下面的图片中看到，RR_AllocateEx预计其参数在传递16位寄存器，因为它仅使用dx部分rdx和cx部分rcx。

这意味着，如果我们可以使上面的公式输出的结果大于65,535字节（16位整数的最大值），则整数溢出会导致分配的分配比预期的要小得多，这有望导致基于堆的分配。缓冲区覆盖。

图6：RR_AllocateEx将其参数转换为其16位值。

方便地，此分配的内存地址随后作为的目标缓冲区传递memcpy，从而导致基于堆的缓冲区溢出。

图7：从中分配的缓冲区RR_AllocateEx被传递到中memcpy。

总而言之，通过发送包含大（大于64KB）SIG记录的DNS响应，我们可以在小的分配缓冲区上引起大约64KB的基于堆的受控缓冲区溢出。

触发漏洞
现在我们可以使受害DNS服务器查询我们的DNS服务器以解决各种问题，我们已经有效地将其转变为客户端。我们可以使受害DNS服务器询问我们的恶意DNS服务器特定类型的查询，并分别以匹配的恶意响应进行回答。

我们认为触发此漏洞所需要做的只是使受害DNS服务器向我们查询SIG记录，并为其回答带有长签名（长度> = 64KB）的SIG响应。我们很失望地发现基于UDP的DNS的大小限制为512字节（如果服务器支持EDNS0，则为4,096字节）。无论如何，这不足以触发漏洞。

但是，如果服务器出于正当理由发送大于4,096字节的响应会怎样？例如，冗长的TXT响应或可以解析为多个IP地址的主机名。

DNS截断–但是，还有更多！
根据DNS RFC 5966：
“在没有EDNS0（DNS 0的扩展机制）的情况下，任何DNS服务器需要发送超过512字节限制的UDP响应的正常行为是服务器截断响应使其符合该限制，然后在响应标头中设置TC标志。当客户端收到这样的响应时，它将TC标志作为指示它应改为通过TCP重试。”

大！因此，我们可以TC在响应中设置（截断）标志，这将导致目标Windows DNS服务器启动与恶意NameServer的新TCP连接，并且我们可以传递大于4,096字节的消息。但是要大多少？

根据DNS RFC 7766：
“ DNS客户端和服务器应同时（例如，在单个“写入”系统调用中）将两个八位字节的长度字段以及该长度字段描述的消息传递到TCP层，以使得所有数据更有可能在单个TCP段中传输。”

由于邮件的前两个字节表示其长度，因此TCP上DNS中邮件的最大大小表示为16位，因此限制为64KB。

图8：DNS over TCP消息的前两个字节代表消息的长度。

但是，即使长度为65,535的消息也不足以触发漏洞，因为消息长度包括标头和原始查询。计算传递给的大小时，不会考虑此开销RR_AllocateEx。

DNS指针压缩–少即是多
让我们再来看一个合法的DNS响应（为方便起见，我们选择了类型A的响应）。

图9：的DNS响应dig research.checkpoint.com A @8.8.8.8，如Wireshark所示。

您可以看到Wireshark 0xc00c将答案的名称字段中的字节评估为research.checkpoint.com。问题是，为什么？

根据对DNS的热烈欢迎，powerdns.org表示：
“为了将尽可能多的信息压缩到512字节中，可以（通常必须压缩）压缩DNS名称……在这种情况下，答案的DNS名称编码为0xc0 0x0c。c0部分设置了两个最高有效位，表示接下来的6 + 8位是指向消息中较早位置的指针。在这种情况下，这指向数据包内的位置12（= 0x0c），紧随DNS头之后。”

与数据包开头的偏移量0x0c（12）是什么？是research.checkpoint.com啊！

在这种压缩形式中，指针指向编码字符串的开头。在DNS中，字符串被编码为（<size> <value>）链。

图10：<size> <value>链的示意图。

因此，我们可以使用“魔术”字节0xc0从数据包中引用字符串。让我们再次检查计算传递到的大小的公式RR_AllocateEx：

[ Name_PacketNameToCountNameEx结果] + [0x14] + [签名字段的长度（rdi– rax）]

反向Name_PacketNameToCountNameEx确认我们上面描述的行为。目的Name_PacketNameToCountNameEx是计算名称字段的大小，并考虑指针压缩。当仅用两个字节表示分配时，拥有一个允许我们大量增加分配大小的基元正是我们所需要的。

因此，我们可以在SIG签名者的“名称”字段中使用指针压缩。但是，仅指定0xc00c为签名者的名称不会引起溢出，因为查询的域名已经存在于查询中，并且从分配的值中减去开销大小。但是呢0xc00d？我们唯一需要满足的约束是编码的字符串是有效的（以结尾0x0000），并且我们可以轻松做到这一点，因为我们有一个没有任何字符约束的字段-签名值。对于域41414141.fun，0xc00d指向域的第一个字符（’4’）。然后，将此字符的序数值用作未压缩字符串的大小（“ 4”表示值0x34（52））。该未压缩字符串的大小加上我们可以在Signature字段中容纳的最大数据量（最多65,535，具体取决于原始查询）的汇总将导致大于65,535字节的值，从而导致溢出！

让我们用连接到的WinDBG进行测试dns.exe：

我们坠毁了！

尽管似乎由于试图将值写入未映射的内存而使我们崩溃，但是可以以允许我们覆盖一些有意义的值的方式来调整堆的形状。

dns.exe可以在线获取以前的利用尝试。例如：更深入地了解ms11-058。

从浏览器触发
我们知道此错误可能是由LAN环境中存在的恶意参与者触发的。但是，我们认为看看是否可以在没有LAN访问权限的情况下远程触发此错误会很有趣。

在HTTP中走私DNS
到现在为止，您应该知道DNS可以通过TCP传输，并且Windows DNS Server支持此连接类型。您还应该熟悉基于TCP的DNS的结构，以防万一，这里有个快速的回顾：

图11：DNS over TCP消息格式。

考虑以下标准HTTP有效负载：

0000 50 4f 53 54 20 2f 70 77 6e 20 48 54 54 50 2f 31 POST / pwn HTTP / 1
0010 2e 31 0d 0a 41 63 63 65 70 74 3a 20 2a 2f 2a 0d .1 ..接受：* / *。
0020 0a 52 65 66 65 72 65 72 3a 20 68 74 74 70 3a 2f.Referer：http：/

即使这是HTTP有效负载，将其发送到端口53上的目标DNS服务器也会导致Windows DNS Server将此有效负载解释为DNS查询。它使用以下结构进行此操作：

0000    50 4f  53 54  20 2f  70 77  6e 20  48 54  54 50 2f 31 POST / pwn HTTP / 1
0010 2e 31 0d 0a 41 63 63 65 70 74 3a 20 2a 2f 2a 0d .1 ..接受：* / *。
0020 0a 52 65 66 65 72 65 72 3a 20 68 74 74 70 3a 2f.Referer：http：/

消息长度：20559（0x504f）
事务ID：0x5354 
标志：0x202f 
问题：28791（0x7077）
回答RR：28192（0x6e20）
授权RR：18516（0x4854）
其他RR：21584（0x5450） 
查询：[…]
幸运的是，Windows DNS服务器支持RFC 7766的 “连接重用”和“管道重用” ，这意味着我们可以在单个TCP会话上发出多个查询，而我们无需等待答复就可以这样做。

为什么这很重要？

当受害者访问我们控制的网站时，我们可以使用基本的JavaScript从浏览器向DNS服务器发出POST请求。但是，如上所示，POST请求以我们无法控制的方式进行解释。

但是，我们可以通过将https://target-dns:53/带有二进制数据的HTTP POST请求发送到目标DNS服务器（）来滥用“连接重用”和“管道传递”功能，该二进制数据在POST数据中包含另一个“走私的” DNS查询，需要分别进行查询。

我们的HTTP有效负载包括以下内容：

HTTP请求头，我们不控制（User-Agent，Referer，等）。
“填充”，以便第一个DNS查询在POST数据内具有适当的长度（0x504f）。
POST数据中的“走私” DNS查询。

图12：在单个TCP会话中的多个查询，如Wireshark所示。

实际上，大多数流行的浏览器（例如Google Chrome和Mozilla Firefox）都不允许HTTP请求访问端口53，因此只能在有限的一组Web浏览器中利用此bug，包括Internet Explorer和Microsoft Edge（基于非Chromium） ）。

变异分析
出现此错误的主要原因是因为RR_AllocateExAPI期望size参数为16位。通常可以安全地假设单个DNS消息的大小不超过64KB，因此此行为应该不会引起问题。但是，正如我们刚刚看到的那样，当Name_PacketNameToCountNameEx在计算缓冲区大小时考虑到结果时，这种假设是错误的。发生这种情况是因为该Name_PacketNameToCountNameEx函数计算的是未压缩名称的有效大小，而不是其在数据包中表示该字节所花费的字节数。

要查找此错误的其他变体，我们需要找到一个满足以下条件的函数：

“`
RR_AllocateEx 以可变大小（而不是恒定值）调用。
调用了Name_PacketNameToCountNameEx，其结果用于计算传递给的大小RR_AllocateEx。
RR_AllocateEx使用16位或更大范围内的值来计算要传递给的值。
dns.exe满足这三个条件的唯一其他功能是NsecWireRead。让我们检查一下我们通过反编译函数得出的以下简化代码片段：

RESOURCE_RECORD * NsecWireRead （PARSED_WIRE_RECORD * pParsedWireRecord，DNS_PACKET * pPacket，BYTE * pRecordData，WORD wRecordDataLength ）
{
 DNS_RESOURCE_RECORD * pResourceRecord;
 未签名的BYTE * pCurrentPos;
 unsigned int dwRemainingDataLength; 
 unsigned int dwBytesRead; 
 unsigned int dwAllocationSize; 
 DNS_COUNT_NAME countName；
pResourceRecord = NULL ;
pCurrentPos = Name_PacketNameToCountNameEx （＆countName，pPacket，pRecordData，pRecordData + wRecordDataLength，0 ）;
 如果（pCurrentPos ） 
 {
   如果
    （pCurrentPos > = pRecordData                                         // //-检查＃1-边界检查
     && pCurrentPos-pRecordData < = 0xFFFFFFFF // <-检查＃2-相同范围检查（？）                        
     && wRecordDataLength > = （unsigned int ）（pCurrentPos-pRecordData ））// <-检查＃3-边界检查 
    {
      dwRemainingDataLength = wRecordDataLength- （pCurrentPos-pRecordData ）;
      dwBytesRead = countName。bNameLength + 2;
      //大小：= len（countName）+ 2 + len（有效载荷）
      dwAllocationSize = dwBytesRead + dwRemainingDataLength;
      if （dwBytesRead + dwRemainingDataLength > = dwBytesRead            // //-检查＃4-整数溢出检查（32位） 
          && dwAllocationSize < = 0xFFFF ）// <-检查＃5-整数溢出检查（16位）                               
      {
       pResourceRecord = RR_AllocateEx （dwAllocationSize，0，0 ）;
       如果（pResourceRecord ） 
       {
         Name_CopyCountName （＆pResourceRecord- > data，＆countName ）;
         memcpy （＆pResourceRecord- > 数据+ pResourceRecord- > 数据- > bOffset + 2，pCurrentPos，dwRemainingDataLength ）;
       }
     }
   }
 }
 返回pResourceRecord;
}
“`

如您所见，此功能包含许多安全检查。其中一项（检查＃5）是16位溢出检查，可防止此功能的漏洞变型。我们还要提及的是，此功能比中的普通功能具有更多的安全性检查dns.exe，这使我们想知道是否已经注意到并修复了该错误，但仅在该特定功能中。

如前所述，Microsoft在两个不同的模块中实现了DNS客户端和DNS服务器。虽然我们的漏洞确实存在于DNS服务器中，但我们想看看它是否也存在于DNS客户端中。

图13：Sig_RecordReadfrom的反汇编片段dnsapi.dll。

看起来，与不同dns.exe!SigWireRead，dnsapi.dll!Sig_RecordRead 它确实验证了Sig_RecordRead+D0传递给其的值dnsapi.dll!Dns_AllocateRecordEx小于0xFFFF字节，从而防止了溢出。

此漏洞不存在dnsapi.dll，并且两个模块之间的命名约定不同，这一事实使我们相信Microsoft管理DNS服务器和DNS客户端的两个完全不同的代码库，并且不会在两个服务器之间同步错误修补程序。他们。

开发计划
根据Microsoft的要求，我们决定保留有关漏洞利用原语的信息，以便为用户提供足够的时间修补其DNS服务器。相反，我们讨论了适用于Windows Server 2012R2的开发计划。但是，我们确实认为该计划也应适用于其他版本的Windows Server。

该dns.exe二进制文件是使用Control Flow Guard（CFG）编译的，这意味着覆盖内存中函数指针的传统方法不足以利用此bug。如果此二进制文件不是使用CFG编译的，那么利用此错误将非常简单，因为很早以前我们就遇到了以下崩溃：

图14：在崩溃ntdll!LdrpValidateUserCallTarget。

如您所见，我们在坠毁ntdll!LdrpValidateUserCallTarget。这是负责验证作为CFG一部分的函数指针目标的函数。我们可以看到，待验证的指针（rcx）是完全可控的，这意味着我们在此过程中的某处成功重写了函数指针。我们看到崩溃的原因是，函数指针被用作每个地址具有“允许” /“不允许”位的全局位图表的索引，而我们的任意地址导致对该表本身中未映射页面的读取。

为了在克服CFG的同时将此漏洞利用到完整的远程代码执行中，我们需要找到具有以下功能的原语：在哪里写（精确地覆盖堆栈上的返回地址）和信息泄漏（泄漏内存地址） ，例如堆栈）。

信息泄漏
为了实现Infoleak原语，我们使用溢出来破坏仍在缓存中的DNS资源记录的元数据。然后，当再次从缓存中查询时，我们能够泄漏相邻的堆内存。

WinDNS的堆管理器
WinDNS使用该功能Mem_Alloc动态分配内存。此功能管理自己的内存池，以用作有效的缓存。有4个内存池存储区，用于不同的分配大小（最大为0x50、0x68、0x88、0xA0）。如果请求的分配大小大于0xA0字节，则默认为HeapAlloc，使用本地Windows堆。堆管理器为内存池头分配额外的0x10字节，其中包含元数据，包括缓冲区的类型（已分配/可用），指向下一个可用内存块的指针，用于调试检查的cookie等。堆管理器以单链接列表的方式实现了其分配列表，这意味着将按照释放时的相反顺序分配块（LIFO）。

写在哪里
为了实现“在哪里写”原语，我们通过破坏块的标头（元数据），事实上破坏了空闲列表来攻击WinDNS堆管理器。

在空闲列表损坏之后，下次我们尝试分配大小合适的任何内容时，内存分配器都会为我们分配我们选择的内存区域作为可写分配–“ Malloc-Where”利用原语。

要绕过CFG，我们希望该内存区域位于堆栈上（由于信息泄漏，我们希望知道其位置）。一旦在堆栈上具有写功能，就可以将返回地址覆盖到要执行的地址，从而有效地劫持了执行流程。

值得一提的是，默认情况下，DNS服务会在前3次崩溃中重新启动，从而增加了成功利用的机会。

结论
Microsoft已确认此高严重性漏洞，并将其分配给CVE-2020-1350。

我们相信，利用此漏洞的可能性很高，因为我们在内部发现了利用此漏洞所需的所有原语。由于时间限制，我们没有继续追求该漏洞的利用（包括将所有利用原语链接在一起），但我们确实相信，坚定的攻击者将能够利用它。成功利用此漏洞将产生严重影响，因为您经常会发现未打补丁的Windows域环境，尤其是域控制器。此外，某些Internet服务提供商（ISP）甚至可能已将其公共DNS服务器设置为WinDNS。

强烈建议用户修补受影响的Windows DNS服务器，以防止利用此漏洞。

作为临时的解决方法，在应用补丁之前，建议将DNS消息（通过TCP）的最大长度设置为0xFF00，这样可以消除此漏洞。您可以通过执行以下命令来这样做：

“`

reg add “HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\DNS\Parameters” /v “TcpReceivePacketSize” /t REG_DWORD /d 0xFF00 /f

net stop DNS && net start DNS

“`

Check Point IPS刀片可抵御以下威胁：
“ Microsoft Windows DNS服务器远程执行代码（CVE-2020-1350）”

Check Point SandBlast Agent E83.11已经可以抵御这种威胁

披露时间表
2020年5月19日–向Microsoft提交的初次报告。
2020年6月18日– Microsoft发布了此漏洞的CVE-2020-1350。
2020年7月9日– Microsoft承认此问题为CVSS评分为10.0的可蠕虫，严重漏洞。
2020年7月14日–微软发布了修复程序（星期二修补程序）。
参考文献
https://blog.skullsecurity.org/2011/a-deeper-look-at-ms11-058
https://know.bishopfox.com/blog/2017/10/a-bug-has-no-name-multiple-heap-buffer-overflows-in-the-windows-dns-client
https://powerdns.org/hello-dns/basic.md.html
https://www.cloudflare.com/learning/dns/what-is-dns/
https://tools.ietf.org/html/rfc7766
https://tools.ietf.org/html/rfc5966
https://tools.ietf.org/html/rfc2535
非常感谢我的同事Eyal Itkin（@EyalItkin）和Omri Herscovici（@omriher）在这项研究中的帮助。

来源：freebuf.com 2020-07-16 17:24:01 by: xuchen16