天融信关于Microsoft Exchange任意用户伪造漏洞（CVE-2018-8581）分析

一前言

近日，Microsoft公告中披露了一则关于Exchange Server的任意用户伪造漏洞，天融信阿尔法实验室对此漏洞进行了复现及分析。漏洞复现是在exchange server 2010 SP2中进行的，复现过程中，发现原作者给出获取用户SID的方法，在2010版本中并没有相关操作选项，所以作者给出的POC也就无法使用。不过后来在Github中找到一个POC。在该POC中，使用了一种反向委托的方法来获取用户SID，并利用这个POC成功复现了漏洞。

二背景介绍

Microsoft ExchangeServer 是个消息与协作系统。Exchange Server可以被用来构架应用于企业、学校的邮件系统或免费邮件系统。它还是一个协作平台。你可以在此基础上开发工作流，知识管理系统，Web系统或者是其他消息系统，是一个全面的Internet协作应用服务器，适合有各种协作需求的用户使用。

2.1 漏洞描述

在MicrosoftExchange Server中存在一个特权提升漏洞，该漏洞允许任何经过身份验证的用户冒充ExchangeServer上的其他任意用户。漏洞产生的原因是由于在Exchange Server中使用NTLM身份验证时存在特定缺陷，服务器产生的NTLM响应可以反射回攻击者服务器，导致攻击者可以验证任意的EWS（Exchange Web服务）请求。

2.2 受影响的系统版本

Exchange Server 2010

Exchange Server 2013

Exchange Server 2016

2.3 漏洞编号

CVE-2018-8581

三、测试环境

Windows 2008 R2

Exchange Server 2010 SP2

四、漏洞复现

首先进行脚本参数配置。

在填好相关参数时，运行脚本。

然后再打开web界面执行相关操作。

输入目标（Administrator）邮箱后确定。

最终就成功代理了目标（Administrator）邮箱。

在代理成功后，可以接收目标邮箱的邮件收取，也可以对其邮件进行查看、删除等操作。

现在用mailtest2用户向目标（Administrator）邮箱发送一封邮件。

可以看到，代理用户成功接收到了由mailtest2用户向目标（Administrator）邮箱新发来的邮件。

如果想移除委托关系，可以将脚本中的FLAG改为0后运行。

Remove后再查看委托用户的邮箱。

五漏洞利用流程及原理分析

为了能够让大家在分析漏洞时能够更加流畅，这里先介绍几个概念。

1、什么是SID？

SID全称为：Security Identifiers，是微软从Server2000时代引入的一个概念：安全标识符。在MicrosoftOS系统中（Server2000以上级别）工作组环境下：计算机、组、用户都会有自己的SID号，这些信息是存储在用户计算机本地注册表中的。这些SID号是根据其对象类型的不同随机生成的，具有一定的命名规则。简单来说，SID其实就是对象身份的象征。

2、什么是EWS？

EWS是微软实现的一种客户端和服务器之间的交换信息的协议。Exchange Server提供了包括从电子邮件、会议安排、团体日程管理、任务管理、文档管理、实时会议和工作流等丰富的协作应用。

2、NTLM认证概念、NTLM认证流程以及NTLM认证消息结构。

3.1什么是NTLM认证？

NTLM认证简单来说就是一种在不直接提供密码的情况下，客户端间接向服务器证明知道用户的密码，从而达到认证目的的一种方法。

3.2 NTLM认证流程

3.2.1 客户端如果试图访问服务器资源，首先会向服务器发送协商消息。在发送的请求中会包含一个以明文表示的用户名。

3.2.2 服务器接收到请求后会生成一个16byte的随机数，并返回给客户端。这个随机数被称为Challenge或者Nonce。

3.2.3 客户端在接收到服务器返回的Challenge后，会使用当前登录用户的密码哈希值对其加密，生成Authenticate认证消息，然后将Authenticate发送给服务器。

3.2.4 服务器接收到客户端发送回来的Authenticate后，会向DC（Domain）发送针对客户端的验证请求。该请求主要包含以下三方面的内容：客户端用户名，客户端Authenticate和原始的Challenge。

3.2.5 DC根据用户名获取该帐号的密码哈希值，对原始的Challenge进行加密。如果加密后的Challenge和服务器发送的一致，则意味着用户拥有正确的密码，验证通过，否则验证失败。DC将验证结果发给服务器，并最终反馈给客户端。

3.3 NTLM 认证消息的结构

Negotiate协商消息、Challenge挑战消息和Authenticate认证消息,他们的结构很相似：NTLMSSPXXXXXXXXXX。其中NTLMSSP表示是NTLM验证的请求。但是在实际中，NTLMSSPXXXXXXXXXX是经过base64编码的。

举个例子：

概念介绍完，接下来开始分析漏洞利用流程及原理，通过POC来看，漏洞利用执行过程可分为四大步骤。

图一：总流程图

第一步：获取用户SID

获取用户SID的目的是为了后续构造SOAP头来冒充用户。

<t:EmailAddress>是攻击者邮箱地址，这里可以理解成委托方。

<t:PrimarySmtpAddress>是受害者邮箱地址，可以理解成被委托方。

该脚本是通过反向委托的方式来获取目标邮箱用户SID。通过向服务器发送一个将CONTROLLED_EMAIL 委托给 TARGET_MAIL的请求包，服务器就会返回TARGET_MAIL用户SID。

上图是代码执行流程，看代码可以发现，这部分有多次add和remove委托的行为。之所以这样重复请求，是为了防止发生意外错误。

上面说到Exchange Server添加委托操作的时候，服务器会返回被委托方（Target）的SID，但是当添加委托时，返回的数据包中如果包含ErrorDelegateAlreadyExists字符时，说明已经存在委托行为。

这时就需要先remove掉委托关系，然后再add，这样才能获取到用户SID。

第二步：请求推送订阅

推送订阅目的是将NTLM响应返回给攻击者服务器。

这部分是漏洞点所在，包括两个漏洞–SSRF和NTLM身份验证缺陷。

SSRF漏洞：攻击者可以使用一个已认证的邮箱账号发EWS发送推送订阅请求。（图中/EWS/Exchange.asmx是EWS请求的地址）。推送订阅时，Exchange允许用户自己指定URL，所以攻击者可以将这一URL改为自己的服务器地址。上图的EVIL_HTTPSERVER_URL就是攻击者自己的服务器。当这个推送订阅请求包发送到服务器时，服务器就会向攻击者指定的URL发送请求。

其中<t：URL>是SSRF的核心，跟踪一下服务器处理流程。

根据请求的Exchange.asmx文件以及请求内容，找一下Exchange Server的处理函数。

可以看到该类其中有一个关键的数据成员Url,下面跟踪一下该成员函数，看看哪里使用了该成员函数。

可以看到该Url被保存到PushSubScription的clientUrl中了。

跟踪发现该变量仅有三处使用。

主要的一处便是通过Http协议进行Notification消息发送的过程。

NTLM身份验证缺陷：在发送请求时，Exchange Server使用的是CredentialCache.DefaultCredentials进行连接：

并且CredentialCache.DefaultCredentials是以NT AUTHORITY\SYSTEM权限运行，这就会导致Exchange Server将服务器生成的NTLM响应发送到攻击者的服务器。Exchange Server默认情况下还设置了以下注册表项：

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Lsa\DisableLoopbackCheck= 1

这就导致攻击者可以使用返回NTLM响应进行HTTP身份验证，从而可以验证任意EWS请求。

第三步：构造攻击数据包

由于CredentialCache.DefaultCredentials是以NT AUTHORITY\SYSTEM权限运行，所以攻击者可以与TokenSerializationRight进行“特权”会话，然后利用SOAP头部模拟任何想要伪装的用户。

使用一开始获取到的用户SID来构造SOAP头冒充受害者用户。

SOAP Body处构造的是委托请求的包，作用是目标邮箱的inbox收件箱将会委托于攻击者，这样就可以查看并修改目标邮箱的邮件。

第四步：NTLM认证及攻击

这里攻击者利用Python HTTPServer搭建一个简单的web服务器来作为自己的服务器，这个服务器其实是起到一个代理（中转）的作用。因为在NTLM认证证程中，它监听并响应着Exchange Server订阅功能发来的请求（请求中包含NTLM值），同时利用得到的NTLM响应值请求EWS，在这个过程中，它其实充当着就是一种像中间代理人一样的身份。我们可以把这个攻击者服务器称作代理服务器。

下面以Wireshark通信流量包来详细分析下NTLM的整个认证及攻击流程，大家可对照总流程（图一）的第四步骤来分析。

首先，攻击者在推送订阅后，Exchange Server的订阅功能会向代理服务器发送POST请求。

然后代理服务器会返回一个包含WWW-Authenticate：NTLM的header头并返回401状态（未认证）。

Exchange Server收到后，就会发送一个Negotiate 协商消息开始NTLM验证。

然后代理服务器会用这个Negotiate协商消息并带上relay_body（攻击包）去请求EWS。

接着，EWS就会返回Challenge挑战消息，然后代理服务器会将这个Challenge挑战消息响应回Exchange Server的订阅功能。

Exchange Server的订阅功能接收到后，就会对其加密，返回Authenticate认证消息给代理服务器。

然后，代理服务器返回了401状态。其实这个返回什么并不重要，因为我们目的是获取Authenticate认证消息。

最后代理服务器就会用这个获取到的Authenticate认证消息并带上relay_body（攻击包）去请求EWS，从而成功验证并完成攻击。