CreateProcessA参数型Shellcode的编码问题研究

宣布时间 2021-12-22
克日，，，，，在对WebAccess/SCADA系统的误差研究中，，，，，百乐博ADLab的工控清静研究员发明了一个未被普遍谈论的误差使用手艺问题，，，，，即经由CreateProcessA参数举行转达的shellcode的编码问题 。。。


简朴来讲，，，，，该控制系统的误差由两个程序组成：焦点程序CoreProcess和辅助程序HelpProcess，，，，，焦点程序CoreProcess通过系统函数CreateProcessA来启动HelpProcess（同时转达了相关参数） 。。。其中，，，，，CoreProcess的简化代码如下：


代码.png


显然，，，，，HelpProcess的WinMain函数保存一个经典的栈溢出误差 。。。当lpCmdLine的数据长度凌驾400字节时，，，，，对buff的strcpy操作就会爆发溢出； ；；；当长度凌驾404字节时，，，，，就会笼罩到eipCallerNext，，，，，从而挟制HelpProcess的程序控制流 。。。


回溯代码可知，，，，，lpCmdLine的数据泉源是CoreProcess的CreateProcessA挪用，，，，，且是用户可控的 。。。因此，，，，，该误差的使用看起来是简朴的，，，，，只需要盘算好eipCallerNext的偏移量并使用shellcode填充buff即可 。。。该误差的使用链和客栈结构如下所示：


回溯代码.png

 

在使用历程中，，，，，接纳测试填充字符举行溢出时，，，，，eipCallerNext的笼罩总是准确的； ；；；但接纳metasploit的shellcode来溢出时，，，，，eipCallerNext的笼罩就变得不准确 。。。对数据举行较量后发明，，，，，shellcode在CoreProcess和HelpProcess是纷歧样的，，，，，即shellcode转达到HelpProcess后爆发了改变 。。。别的，，，，，通过实验metasploit的差别shellcode，，，，，发明这种改变没有显着的纪律可循 。。。


针对这个问题，，，，，ADLab的清静研究员举行了深入的剖析，，，，，弄清了CreateProcessA参数转达的shellcode的编码问题，，，，，并开发了自动化处置惩罚要领，，，，，从而兼容恣意shellcode 。。。


CreateProcessA的参数处置惩罚


Windows操作系统的内核是支持全球种种语言的，，，，，其提供统一的Unicode编码型内核态API； ；；；针对详细的国家或地区，，，，，Windows通过区域编码来实现外地语言支持，，，，，即Ansi字符串型的用户态API 。。。这些用户态API在内部先把Ansi字符串转换为Unicode字符串，，，，，然后再挪用内核态API； ；；；这个转换历程是透明的，，，，，用户编写的程序对此无感知 。。。


在Window操作系统上，，，，，1个Unicode字符由2个字节组成，，，，，1个Ansi字符由1个字节或2个字节组成 。。。当首字节的值是0到127时，，，，，它是1个ASCII字符，，，，，对应Unicode字符的2字节的内容就是该ASCII字符加1个填充字符0； ；；；例如，，，，，Ansi字符”A”，，，，，其对应的Unicode字符是”A\x00” 。。。当首字节的值大于127时，，，，，则目今字节和下个字节组合起来是一个区域语言的字符，，，，，区域语言字符保存对应的Unicode字符映射表； ；；；例如，，，，，”\xce\xd2”的“\xce”不是1个正当的ASCII字符，，，，，它只能和“\xd2”联相助为1其中文字符“我”，，，，，对应的Unicode字符是”\x11\x62” 。。。


如下所示，，，，，CreateProcessA就是一个Ansi编码型的用户态API，，，，，字符串”AAAA”会被自动转换为Unicode字符串并转达给HelpProcess，，，，，然后在挪用WinMain之前又被自动还原为Ansi字符串 。。。因此，，，，，关于Ansi字符串”AAAA”，，，，，CoreProcess和HelpProcess在程序开发上都无需做任何特另外处置惩罚 。。。


代码.png


通常情形下，，，，，CreateProcessA参数lpCmdline的泉源是可靠的，，，，，好比编译时预界说的字符串和API的返回值，，，，，此时lpCmdline都是准确的Ansi字符串 。。。因此，，，，，CreateProcess险些总能在Unicode和Ansi之间自由地准确转换 。。。


现实上，，，，，关于任何一门区域语言，，，，，其Ansi字符和Unicode字符的映射都不是逐一映射关系； ；；；即在2字节的所有取值空间中，，，，，Ansi字符表的有用项数总是小于Unicode字符表的有用项数 。。。这意味着，，，，，针对无法确认是区域语言的2个字节，，，，，若是强制视作Ansi字符则转换成Unicode字符后纷歧定能还原为初始的Ansi字符 。。。例如：”\xeb\x2a”是一条通例的jmp offset指令，，，，，它不是1个正当的中文字符； ；；；若是视作Ansi字符强制转换为Unicode字符则是”\x3f\x00”，，，，，再次转换为Ansi字符即是”?”，，，，，丧失了jmp offset指令的语义 。。。


因此，，，，，通过CreateProcessA的cmdline参数举行shellcode转达，，，，，必需要思量区域语言的Ansi字符和Unicode字符相互转换的问题 。。。


在本文的误差使用案例中，，，，，外地区域的语言是中文简体，，，，，对应Ansi编码表是GBK 。。。因此，，，，，必需要对metasploit的shellcode举行GBK编码，，，，，确保其是准确的Ansi字符串 。。。


GBK表的编码在2字节取值空间的规模是8140－FEFE，，，，，即第1字节的取值规模是0x81到0xFE，，，，，第2字节的取值是0x40到0xFE，，，，，如下所示：


 字节.png


别的，，，，，第2字节的现实有用取值尚有更多约束 。。。好比，，，，，第2字节不可为0X7F 。。。针对某些取值的字节，，，，，第2字节的取值比[0x40, 0xFE]的空间更小 。。。如下图所示，，，，，有的只能取该空间的后半部分，，，，，有的则只能取前半部分 。。。


关于shellcode来讲，，，，，其每个字节的取值在0到255之间都是完全正当的 。。。因此，，，，，本文的误差使用要实现shellcode的随意替换，，，，，必需要有一种要领来对shellcode中违反GBK编码的字节举行处置惩罚，，，，，从而阻止Ansi字符和Unicode字符间转换导致的shellcode字符被改变的问题 。。。一个基本的要领是凭证如下的流程对shellcode举行处置惩罚，，，，，其要害是对GBK表举行查表并修正汇编指令 。。。


 字节调解.png


以如下的shellcode为例，，，，，在扫描到字节0xEB时，，，，，发明是非ASCII字符且查表GBK效果是不保存，，，，，需要举行转换； ；；；盘问GBK表后发明，，，，，在0xEB之前插入0x90可以使得90 EB是一个正当的GBK字符，，，，，同时90EB 38又不改变原来的汇编语义，，，，，转换乐成 。。。同理，，，，，继续扫描到下一个字节0XEB时，，，，，再做同样的转换就可以 。。。可是，，，，，第2次的转换插入了新的字节0x90，，，，，导致了原始lab1对应的偏移量爆发了改变； ；；；原始lab的指令现实位于转后的lab+1位置，，，，，使得第一个0XEB的语义不法了 。。。因此，，，，，转换历程还要求跟踪指令区块的长度转变 。。。


转换汇编.png


除了指令区块的长度改变外，，，，，尚有其它兼容性问题 。。。好比，，，，，shellcode中特殊取值（典范有0）的字节处置惩罚问题，，，，，对shellcode的内嵌参数修改问题等 。。。因此，，，，，只管查表转换是最基础的步伐，，，，，但全表盘问的空间大，，，，，限制了shellcode的无邪性 。。。为相识决该问题，，，，，ADLab的清静研究员提出了一种基于盘算的shellcode编码要领 。。。


Shellcode盘算转换


首先，，，，，我们把shellcode分为两部分：头部的牢靠decoder和尾部的多变payload 。。。然后，，，，，接纳查表方法举行手工编写切合GBK编码的汇编代码 。。。其中，，，，，decoder的长度很有限，，，，，决议了这个编写的价钱不大； ；；；同时，，，，，多变payload是没有特殊限制的，，，，，通过编写对应的encoder来编码payload使其不违反GBK编码，，，，，又可以被decoder还原 。。。通过这种方法，，，，，对原始shellcode的选择和改变就完全不必体贴GBK编码问题，，，，，使得该误差的使用越发富厚 。。。


为了镌汰decoder的体积，，，，，我们设计了一种盘算要领来编码息争码，，，，，这样就不需要存储GBK字符表或者重大的规则 。。。原始shellcode编码时的盘算规则如下：


遇到字节是ASCII、0x80和0xff，，，，，直接保存 。。。


遇到字节是\x00，，，，，转换成加法运算符\x90和2个盘算数符\x80和\x80 。。。


遇到字节是\x90，，，，，转换成加法运算符\x90和2个盘算数符\x48和\x48 。。。


遇到2个字节可以转换为unicode字符，，，，，直接保存这2个字节 。。。


遇到前面都不可处置惩罚的字节，，，，，直接转换成加法运算符\x90和2个盘算数符，，，，，第1个是\x80，，，，，第2个是差值 。。。


接纳上述的编码要领后，，，，，任何shellcode都可以被转换为正当GBK字符串，，，，，并且decoder对payload的解码盘算也十分简朴，，，，，只需要如下的1条规则：


遇到字符是\x90，，，，，直接对后2个字符举行加法盘算，，，，，并用效果替换字符\x90 。。。 


至此，，，，，CreateProcessA参数转达的shellcode的编码问题就所有被约束在了只有一条规则的decoder代码中，，，，，很显然这是一个界线十明确确的局部问题，，，，，因此很容易就解决了 。。。接纳这种要领，，，，，本文的误差使用可以随意挪用metasploit中的shellcode，，，，，无需再担心它们的指令内部细节 。。。


在多语言情形下，，，，，shellcode若是不是直接的内存转达，，，，，则可能会被系统API函数所转换，，，，，从而导致其因在获得执行权之前爆发内容改变而无效 。。。因此，，，，，在误差使用历程中，，，，，需要注重shellcode是否受到多语言版本的API影响 。。。