深入解析DLL劫持漏洞

0×00. 导读

DLL劫持是一种古老的技术了,本文是《CVE-2016-0041 Windows 10 PhoneInfo.dll Hijacking Vulnerability》的延伸,介绍了DLL劫持的漏洞原理、漏洞挖掘方法、漏洞利用场景等,同时引入了HaifeiLi关于Chrome/Edge自动下载漏洞的介绍,以及最新版本Edge对DLL注入的缓解措施。本文已在外部发表于乌云知识库,特别感谢tombkeeper在行文思路上的建议。

0×01. DLL劫持漏洞介绍

1.1 漏洞简介

如果在进程尝试加载一个DLL时没有指定DLL的绝对路径,那么Windows会尝试去指定的目录下查找这个DLL;如果攻击者能够控制其中的某一 个目录,并且放一个恶意的DLL文件到这个目录下,这个恶意的DLL便会被进程所加载,从而造成代码执行。这就是所谓的DLL劫持。

在Windows XP SP2之前,Windows查找DLL的目录以及对应的顺序如下:
1. 进程对应的应用程序所在目录;
2. 当前目录(Current Directory);
3. 系统目录(通过 GetSystemDirectory 获取);
4. 16位系统目录;
5. Windows目录(通过 GetWindowsDirectory 获取);
6. PATH环境变量中的各个目录;

在Windows下,几乎每一种文件类型都会关联一个对应的处理程序,当我们在资源管理器中打开某种特定类型的文件时,与之相关联的处理程序便会被执行,也就是会新建一个进程,进程默认的 Current Directory (当前目录)就是被打开文件所在的目录。在Windows搜索DLL的这些目录中,攻击者最容易控制的当然是 Current Directory 。攻击者可以把恶意的DLL文件和目标文件(如WORD文档)打包在一起,如果受害者进行解压操作,恶意DLL和目标文件就会位于同一个目录,攻击者可以十分方便的实施DLL劫持。

由于早期Windows查找DLL文件的顺序并不合理,可以想象DLL劫持漏洞伴随着Windows存在了相当长的时间。然而,在相当长的一段时间 里DLL劫持漏洞并没有受到大家的关注,直到2010年8月,微软发布安全通报2269637,同时网上公布了大量受影响软件的名字,DLL劫持漏洞才开 始进入大家的视野。

1.2 漏洞归类

DLL劫持漏洞翻译成英文叫做 DLL Hijacking Vulnerability,CWE将其归类为 Untrusted Search Path Vulnerability。如果想要去CVE数据库中搜索DLL劫持漏洞案例,搜索这两个关键词即可。

1.3 缓解措施

从Windows XP SP2开始,SafeDllSearchMode 默认会被开启。SafeDllSearchMode的开启与否主要影响 Current Directory(当前目录) 在搜索顺序中的位置。开启SafeDllSearchMode后的DLL搜索顺序如下:
1. 进程对应的应用程序所在目录;
2. 系统目录(通过 GetSystemDirectory 获取);
3. 16位系统目录;
4. Windows目录(通过 GetWindowsDirectory 获取);
5. 当前目录
6. PATH环境变量中的各个目录;

启用SafeDllSearchMode之后可以防范大部分DLL劫持,如系统DLL劫持。不过,如果进程尝试加载的DLL并不存在,那么进程仍然会尝试去当前目录加载这个DLL,这是SafeDllSearchMode所无法防范的。不过微软引入了 SetDllDirectory 这个API,给这个API传递一个空字符串就可以将当前目录从DLL搜索顺序中排除掉。

1.4 漏洞检查

使用Sysinternals工具包中的 Process Monitor(ProcMon)可以十分方便的检测DLL劫持漏洞,只需要设置几个过滤参数即可。
1. ProcessName 目标进程的名字;
2. Path 文件路径,可以设置为 begins with 当前目录所在路径;
3. Result 结果,设置为 NAME NOT FOUND

0×02. DLL劫持漏洞利用场景

2.1 针对应用程序安装目录的DLL劫持

不管SafeDllSearchMode是否开启,在查找DLL时应用程序本身所在的目录都是最先被搜索的。因此如果能够放一个恶意的DLL文件到程序的安装目录,就可以利用DLL劫持漏洞来执行代码。

这种利用场景的要求相对较高,因为大部分程序默认安装到 %ProgramFiles% 或者是 %ProgramFiles(x86)%。这两个目录都需要管理员权限才可以进行写入操作,也就是说在进行DLL劫持之前,要求已经具有代码执行权限。基于这一原因,软件厂商一般不予处理此类问题。

这种场景多被一些恶意代码所使用,对常用软件进行DLL劫持可以在一定程度替代自启动功能,同时,利用 白加黑 方式还能逃避安全软件的检测。此外,一些外挂或者破解程序也会采用这种方式进行DLL劫持,例如QQ的一些显IP插件就是通过劫持 msimg32.dll 来实现功能的。

2.2 针对文件关联的DLL劫持

在Windows下,我们平时使用的各种文件(如MP3音乐、DOC文档、PDF文档、MKV视频等)都有一个与之关联的默认处理软件。当在资源管 理器中打开某种特定类型的文件时,操作系统会自动创建一个进程来处理这个文件,进程对应的程序就是该文件类型关联的默认处理程序,进程的 当前目录 就是被打开文件所在的目录。

例如,如果Adobe Acrobat DC关联了.PDF文件类型,那么打开PDF文件时就会自动创建一个Acrobat.exe进程,进程的当前目录(Current Directory)就是PDF文件所在的目录。如果进程尝试加载一个不存在的DLL,根据默认的DLL搜索顺序,进程最终会搜索到PDF文件所在目录(即当前目录),如果该目录下恰好就存在有一个同名的DLL,那么这个DLL就会被进程所加载。这就是所谓的 文件关联型DLL劫持

相对于 针对应用程序安装目录的DLL劫持针对文件关联的DLL劫持 的利用条件十分简单,只要放一个恶意的DLL就行了。由于实施这种DLL劫持不需要其他先决条件,许多厂商关注并承认该利用场景下的DLL劫持漏洞

许多流行软件可能仍然存在有这种DLL劫持漏洞:笔者在2015年给12月给Adobe报告了Adobe Acrobat DC 15.009.20077中存在的一个DLL劫持漏洞(CVE-2016-0947),该漏洞由Acrobat.exe进程加载不存在的 updaternotifications.dll所引起。此外,去CVE漏洞库搜索 DLL Hijacking 或者 Untrusted Search Path 也能找到很多案例。

2.3 针对安装程序的DLL劫持

许多应用程序的安装包程序也存在有DLL劫持漏洞,这种场景与 针对应用程序安装目录的DLL劫持 比较类似,本来也没有什么特殊之处,不过结合后文提到的浏览器自动下载漏洞,其利用条件又变得相对简单了。

这里以Notepad++最新的安装包npp.6.9.Installer.exe为例来进行讲解。启动 ProcMon 并设置好过滤器,可以看到npp.6.9.Installer.exe运行后尝试加载了许多DLL,这些都是第一次加载时没有加载成功的。
Notepad++安装包npp.6.9.Installer.exe尝试加载但未成功加载的DLL列表

仔细观察进程尝试加载这些DLL时产生的调用栈,会发现有的调用栈中存在有 LoadLibrary(Ex),而有的调用栈中却没有。这里选取 Version.dll 和 SHFOLDER.dll 来进行对比说明。npp.6.9.Installer.exe在尝试加载 Version.dll 时产生的调用栈中并没有LoadLibrary(Ex),这是因为DLL并不是被进程动态加载的,而是因为应用程序的导入表直接或者间接导入了这个DLL。在这种利用场景下,伪造DLL的导出表最好与被伪造DLL的导出表完全一致,否则DLL可能无法被进程成功加载(会弹出错误提示消息框)。有一个叫做

AheadLib的工具可以十分方便的生成此类DLL的源文件。

npp.6.9.Installer.exe在尝试加载 SHFOLDER.dll 时产生的调用栈中存在有 LoadLibrary(Ex),说明这个DLL是被进程所动态加载的。在这种利用场景下,伪造的DLL文件不需要存在任何导出函数即可被成功加载,即使加载后进程内部出错,也是在DLL被成功加载之后的事情。

2.4 Microsoft Edge与Google Chrome的自动下载漏洞

通过 iframe 可以触发 Microsoft Edge 和 Google Chrome 的自动下载功能,这一特性被@HaifeiLi认为是一个安全漏洞,其在Twitter上发表了很多关于该漏洞的推文,甚至抱怨Chrome和Edge团队忽视这个漏洞的存在。在HaifefiLi的 长期呼吁下,Chrome最终在48.0.2564.82版本中修复了这个漏洞,而截至笔者撰文时Edge似乎仍然没有修复该漏洞。Edge浏览器的默认下载目录为

通过Edge下载 的文件默认都会保存在这个目录下。可以利用Edge的自动下载漏洞下载一个恶意的DLL文件(如Version.dll)到这个目录下,然后利用页面超时 自动跳转功能让Edge跳转到正常页面来诱导用户下载一个正常的安装文件,当用户运行安装程序时恶意的DLL文件便会被进程加载。

测试浏览器自动下载漏洞的HTML测试代码如下所示:

在Windows 10下使用Edge打开这个HTML页面,可以看到DLL文件被自动下载到了本地的下载目录中。不过由于DLL没有有效的数字签名,所以Edge会提示这个文件可能存在风险。
Windows Edge浏览器自动下载漏洞

如果DLL文件具有有效的数字签名,那么Edge就不会这样提示了。在最新版本的Google Chrome(48.0.2564.116 m)上测试发现,不管DLL是否具有有效的数字签名,DLL文件下载之后都需要用户手工确认才会保存,否则会被删除。Chrome和Edge的测试结果汇 总如下:
Chrome和Edge自动下载测试结果汇总

浏览器的自动下载漏洞还是十分危险的,攻击者甚至只需要诱导用户下载一个恶意的DLL,以后用户在下载目录中执行各种程序时都有可能加载这个DLL。此外,安装程序一般都会请求管理员权限,对于恶意的DLL来说管理员权限似乎是与生俱来的。

0×03. 非典型漏洞CVE-2016-0041分析

微软安全公告MS16-014中的描述表明其修复了一个CVE-ID为CVE-2016-0041的 DLL劫持漏洞。漏洞详情为:Windows 10下的 URLMON.dll 文件存在加载 phoneinfo.dll 的代码,而Windows 10本身并不携带这个 phoneinfo.dll 文件,并且在查找DLL时使用的是标准的目录搜索顺序,所以这里会导致DLL劫持漏洞。这个漏洞的独特之处在于其存在于操作系统本身,所以在 Windows 10下,只要是调用了 URLMON.dll 中能够触发漏洞代码的API的软件都会受到这个漏洞的影响。笔者在2015年底也发现了也发现了这个漏洞,同时确认Foxit Reader 7.2.8.1124受到该漏洞的影响,并将其报告给了Foxit Software。

3.1 漏洞分析

在发现这个漏洞时,笔者发现网上很少有关于 phoneinfo.dll 文件的介绍,只有 @tombkeeperSexrets of LoadLibrary 中提到了这个文件。TK指出 IE11 running on Windows 10 TP 9926 会尝试加载 phoneinfo.dll,而IE的当前目录就是桌面,所以如果放一个 phoneinfo.dll 到桌面上的话,在启动IE时这个DLL便会被加载。

Greg Linares 在 SRT-VR-24DEC2015 中指出 Windows10 的 URLMON.dll 中存在两处加载 phoneinfo.dll 的地方,可能是DLL文件的版本不一样,笔者找到的代码与之存在一些细微差异。笔者在分析 11.0.10240.16384 版本的 URLMON.dll 时找到的反汇编代码如下所示:

下面的代码位于BuildUserAgentStringMobileHelper中:

下面的代码位于_QueryPhoneInformationA中:

这里加载 phoneinfo.dll 的代码为 LoadLibraryExW(“phoneinfo.dll”, NULL, 0)。因为这里 dwFlags 的值为0,所以使用标准的DLL搜索顺序;由于Windows 10上并不存在 phoneinfo.dll 这个文件,所以进程最终会尝试加载当前目录下的DLL。

这里简单分析一下受该漏洞影响的Foxit Reader。当在Windows 10下打开一个PDF文件时,进程 FoxitReader.exe 会加载当前目录下的 phoneinfo.dll 文件,对应的调用栈如下所示:

结合IDA或者Windbg进行分析,可以知道这里的调用路径为:

即Foxit Reader因为调用了URLMON.dll中的UrlMkGetSessionOption函数,导致其受到DLL劫持漏洞的影响。在IDA中使用交叉引用功能进行回溯,可以找到其他能够触发该漏洞的路径,Greg Linares 给出了另外两个路径:

路径1:

路径2:

Greg Linares 同时也指出了他们发现的其他受该漏洞影响的软件:
1. Internet Explorer 没有命令行参数的情况下(例如双击并打开IE);
2. Skype 启动的时候;
3. OneDrive 同步以及更新的时候(无需用户交互);
4. Visual Studio 2015 微软账户更新或者同步的时候;

3.2 补丁分析

更新后的URLMON.dll文件在调用 LoadLibraryEx 加载 phoneinfo.dll 时将 dwFlags 参数值指定为 0×800,即 LOAD_LIBRARY_SEARCH_SYSTEM32,表示只搜索 System32 目录。对应的代码为LoadLibraryExW(L”phoneinfo.dll”, NULL, LOAD_LIBRARY_SEARCH_SYSTEM32),反汇编代码如下:

0×04. DLL劫持漏洞缓解措施

DLL劫持漏洞在未来可能仍然会影响着许多软件或者操作系统组件,亦或是与其他漏洞相结合以衍生出新的攻击方法。尽管目前没有一个完美的方法(No Silver Bullet)可以防止软件受到DLL劫持漏洞的影响,但是开发人员仍然可以采取各种措施来缓解DLL劫持漏洞带来的影响。

4.1 基本缓解措施

1. 在加载DLL时尽量使用DLL的绝对路径;
2. 调用SetDllDirectory(L””)当前目录 从DLL搜索目录中排除;
3. 使用 LoadLibraryEx 加载DLL时,指定 LOAD_LIBRARY_SEARCH_ 系列标志;

此外,进程也可以尝试去验证DLL的合法性,例如是否具有自家的合法数字签名、是否是合法的系统DLL文件等。

4.2 Windows Edge缓解措施

最新版本的Edge提供了一种对抗DLL劫持(注入)的缓解措施:只有拥有微软签名以及WHQL(Windows Hardware Quality Lab)签名的DLL模块才会被Edge加载,而且这套机制是在操作系统内核中实现的。

关于这一缓解措施的细节分析,可以阅读 Paul Rascagneres 的文章 MICROSOFT EDGE BINARY INJECTION MITIGATION OVERVIEW

0×05. Acknowledges

感谢 TK 在行文思路上的建议;同时,在本文的写作过程中参考了以下资料,在此亦表示感谢。

【via@程序人生】 91ri.org:祝大家复活节快乐 :P