cajviewer逆向分析与漏洞挖掘

百家 作者:OPPO安全应急响应中心 2021-02-23 20:53:49 阅读:88





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前言

CAJViewer是一个论文查看工具,主要用于查看caj文件格式的论文。本文介绍对该软件进行逆向分析和漏洞挖掘的过程。


Fuzz测试

Windows版本

首先分析的是CAJViewer的Windows版本,由于我们的目的是挖掘软件的漏洞,通过介绍我们知道CAJViewer本质上是一个文件解析程序,因此该软件的高危模块应该是软件中解析文件数据的部分,因此首先应该大概定义软件数据处理部分所在位置,Windows平台下可以使用 process monitor来进行初步的分析。

首先打开process monitor并开始捕获事件,然后使用CAJViewer打开一个caj文件,等文件解析完成后停止捕获事件。



然后我们可以过滤一下需要查看的事件,比如上图设置了只查看文件操作并且只查看对 input.caj 文件的操作,该文件就是之前让CAJViewer打开的文件。

然后我们可以找一下读文件的操作(ReadFile),因为大部分文件解析逻辑应该读一部分文件内容解析一部分,因此通过查看读文件时的调用栈就可以大概定位解析数据的模块,然后双击就可以查看调用相应函数的调用栈



通过查看多个数据读取的调用栈,可以发现ReaderEx.dll在调用栈中出现多次,因此大概可以猜测ReaderEx.dll应该主要负责处理文件数据。


Linux版本

逆向了一会ReaderEx.dll后,发现CAJViewer今年还发布了Linux版本,于是下载下来分析了一下。下载下来后是一个可执行文件CAJViewer-x86_64-libc-2.24.AppImage,执行起来查看进程的maps发现其实软件会在tmp目录把打包好的二进制解压,然后去执行tmp目录下的二进制。



这里可以直接把/tmp/.mount_CAJVierjayBH/拷贝到一个目录,然后就可以直接执行 cajviewer了。

查看解压处理的二进制发现一个libreaderex_x64.so,看名字应该是ReaderEx.dll的Linux版本,然后使用IDA打开,发现比Windows版本的要好分析一点,信息也比ReaderEx.dll的多。于是接下来决定对Linux版本的二进制进行分析。

首先看看主程序cajviewer,查看main函数可以发现软件是用qt写的



之后翻了一下函数列表,发现了MainWindow::OpenFile,看名称应该是打开一个文件。

__int64 __fastcall MainWindow::OpenFile(MainWindow *this, const QString *a2)
{


  v2 = this;
  QString::toUtf8_helper(&v16, a2);
  memset(v19, 0, sizeof(v19));
  *v19 = 0x2D8;
  *&v19[4] = 256;
  *&v19[8] = CAJFILE_CreateErrorObject(&v20);
  v3 = *&v19[8];
  if ( *v16 > 1 || (v5 = *(v16 + 2), v4 = v16, v5 != 24) )
  {
    QByteArray::reallocData(&v16, v16[1] + 1, *(v16 + 11) >> 31);
    v4 = v16;
    v5 = *(v16 + 2);
  }
  v6 = CAJFILE_OpenEx1(v4 + v5, v19);           // 打开文件

这里对输入的QString进行一些处理后,调用了CAJFILE_OpenEx1函数,该函数位于libreaderex_x64.so


Fuzz CAJFILE_OpenEx1函数

函数代码如下


函数的第一个参数是要解析的文件路径,第二个参数是一块内存,这个参数的结构可以查看MainWindow::OpenFile调用点。


可以看到in_buf的结构如下

+0: 4个字节 in_buf的长度
+4: 4个字节 一个整形值
+8: 一个指针, 存放构造好的 ErrorObject

使用调试器在这个函数下个断点,然后打开一个文件就可以看到入参如下


之后有简单的翻了一些该函数的实现,以及使用该函数的位置可以大概确定CAJFILE_OpenEx1用于打开一个文件,并会对文件的内容进行解析,因此下面打算使用AFL Qemu模式Fuzz一下这个函数。

Fuzz之前需要写一点代码把so加载到内存,然后构造参数对目标函数进行测试。

首先需要把SO加载到内存中并获取目标函数的地址

void my_init(void) __attribute__((constructor)); //告诉gcc把这个函数扔到init section
void my_init(void)
{
    void *handle;
    handle = dlopen("/home/hac425/cajviewer/cajviewer-bin/usr/lib/libreaderex_x64.so", RTLD_LAZY);

    struct link_map *lm = (struct link_map *)handle;
    printf("%lx\n", lm->l_addr);

    p_CAJFILE_OpenEx1 = dlsym(handle, "CAJFILE_OpenEx1");
    p_CAJFILE_CreateErrorObject = dlsym(handle, "CAJFILE_CreateErrorObject");
}

my_init会在main函数之前执行,代码流程如下

  • 首先dlopen把so加载到内存,并把so在内存中的基地址打印到屏幕,便于后续测试。

  • 然后使用dlsym获取CAJFILE_OpenEx1CAJFILE_CreateErrorObject函数的地址。

然后在main函数中就会构造参数调用目标函数

int main(int argc, char **argv)
{
    char buf[0x2D8];
    printf("main:%p\n", main);

    memset(buf, 0, 0x2D8);
    *(unsigned int *)buf = 0x2D8;
    // *(unsigned int *)(buf + 4) = 256;

    // *(char* *)(buf + 8) = p_CAJFILE_CreateErrorObject();

    char *ret = p_CAJFILE_OpenEx1(argv[1], buf);
    return 0;
}

代码逻辑很简单,首先构造CAJFILE_OpenEx1函数的第二个参数,然后把argv[1]作为文件路径传入函数。

然后编译一下

gcc CAJFILE_OpenEx1.c -o test_CAJFILE_OpenEx1_dbg -ldl -lheapasan -L libheapasan/  -g

编译后执行一下,可以看到正常执行完了,并打印出so的基地址和main函数的地址。

harness$ ./test_CAJFILE_OpenEx1_dbg ~/input.caj
string to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstringto intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to int
image base:0x7f6d87bff000
p_CAJFILE_OpenEx1:0x7f6d881e486c
main:0x555ed124cb71

接下来再使用afl-qemu-trace执行一下,获取一些地址用于Fuzz,使用afl-qemu-trace执行一个可执行程序时,其进程的so的地址都是固定的。

harness$ ~/AFLplusplus-2.66c/afl-qemu-trace ./test_CAJFILE_OpenEx1_dbg ~/input.caj
string to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstringto intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to intstring to int
image base:0x400133e000
p_CAJFILE_OpenEx1:0x400192386c
main:0x4000000b71

可以看到libreaderex_x64.so的基地址为0x400133e000, test_CAJFILE_OpenEx1_dbg 的main函数的地址为0x4000000b71

然后去IDA中查看libreaderex_x64.so中代码段的范围

所以可以得到afl-qemu-trace执行时libreaderex_x64.so中代码段的范围为

开始地址: 0x400133e000+0x3D4880 = 0x4001712880
结束地址: 0x400133e000+0x90984F = 0x4001c4784f

然后可以使用AFL进行测试了

export AFL_CODE_START=0x4001712880
export AFL_CODE_END=0x4001c4784f
export AFL_ENTRYPOINT=0x4000000b71
/home/hac425/AFLplusplus-2.66c/afl-fuzz -m none -Q -t 20000 -i in -o out -- ./test_CAJFILE_OpenEx1_dbg @@

其中设置的环境变量的作用如下

AFL_CODE_START 和 AFL_CODE_END 表示需要统计覆盖率的范围
AFL_ENTRYPOINT 表示开启forkserver的位置


Fuzz UnCompressImage函数

在测试CAJFILE_OpenEx1时,去翻了一下libreaderex_x64.so里面的其他函数,在查看字符串时发现了一些源码路径。

拿路径去网上搜了一下,发现是用到了Kakadu_V2.2.3这个开源库,这个库很古老了(2008年的),用于解析jpeg2000格式,版本老往往表示存在漏洞几率较大,而且jpeg2000格式很复杂,在其他软件中也发现了很多漏洞,于是下面仔细的看了下。

下载到这个库的代码,然后一路回溯发现libreaderex_x64.so应该是在 jpeg2000.cpp里面实现了部分代码,最后一路跟到了DecodeJpeg2000函数,并基于开源代码把DecodeJpeg2000的参数基本弄清楚了。

继续往上跟DecodeJpeg2000,找到了UnCompressImage函数,这个函数应该是解析图片数据的统一接口了。

CAJViewer在解析CAJ等文件时,如果文件中嵌入了图片数据时,就会会使用libreaderex_x64.so中的UnCompressImage函数来对图片数据进行解析。


函数的参数信息如下:

buffer: 保存从文件中提取出的图片数据
type: 图片的类型
buffer_length: 图片数据的长度
剩下两个参数a4,a5: 个人猜测可能是需要将图片缩放的大小

然后编写代码,my_init的主要逻辑和 CAJFILE_OpenEx1函数的一致,只是需要hook一些函数,避免比Fuzz识别为crash,比如在代码里面有很多assert,如果直接执行到这个函数的话,会被afl识别为crash.



因此这里使用plt hook,把libreaderex_x64.so模块中的一些函数给hook了。


int my_assert_fail()
{
    printf("my_assert_fail\n");
    exit(1);
    return 0;
}

int my_cxa_throw()
{
    printf("my_cxa_throw\n");
    exit(1);
    return 0;
}

void my_init(void)
{
 ........................................
 ........................................
    plt_hook_function("libreaderex_x64.so""__assert_fail", my_assert_fail);
    plt_hook_function("libreaderex_x64.so""__cxa_throw", my_cxa_throw);
}


然后再main函数中调用目标函数

int main(int argc, char **argv)
{
    printf("main:%p\n", main);
    int f_sz = 0;
    char* buffer = read_to_buf(argv[1], &f_sz);
    char *ret = p_UnCompressImage(buffer, 4, f_sz, 100, 100);
    return 0;
}


然后其他的操作和Fuzz CAJFILE_OpenEx1函数时一致,只是环境变量需要重新设置

/home/hac425/AFLplusplus-2.66c/afl-fuzz -m none -Q -t 20000 -i image_fuzz/ -o UnCompressImageOutput -- ./test_UnCompressImage @@


部分漏洞分析

CImage::LoadBMP 内存为初始化漏洞

Cajviewer For Linux 在解析BMP图片时会进入 CImage::LoadBMP 函数,该函数中存在内存未初始化漏洞。


函数的流程如下

  1. 第8行,调用BaseStream::streamLength获取文件的大小。

  2. 第9行,调用FileStream::read从文件中读出14字节的文件头。

  3. 第10行,调用gmalloc分配内存用于存放文件的其他数据,这里实际上是直接调用malloc分配内存。

  4. 第12行,这里将分配的内存没有初始化直接传入FindDIBBits,该函数计算一个地址保存到this->DIBBits域。

  5. 第14行,这里会从this->DIBBits中读取数据,导致crash。

下面看看FindDIBBits的实现


这里取出a1的开始4个字节作为一个偏移值 v1,然后调用PaletteSize,这个函数的返回值的可以为0,128等数字值。

由于a1这个内存没有初始化,故v1有可能会很大,进而导致FindDIBBits会返回一个越界的地址

然后在CImage::CalibrateColor中就会去访问这个内存。

CImage::DecodeJbig 越界读写漏洞

CajViewer在解析CAJ等文件时,如果需要解析文件中嵌入的图片数据时,会使用libreaderex_x64.so中的函数来对图片进行解析,其中如果带解析的文件类型为Jbig文件时,会进入CImage::DecodeJbig函数进行解析:


其中重要函数的参数和作用如下:

  1. buf: 保存从文件中提取出的图片数据

  2. len: buf的长度

其中buf一开始是一个JbigInfo的结构,结构体的定义如下:


然后然后会进入CImage::CImage进行简单的文件解析。


首先使用JbigInfo中的字段计算一个sz, 然后使用 gmalloc分配内存,之后会使用memcpy 拷贝数据。

漏洞位于在计算sz时会导致整数溢出,进而导致会分配一个小于4LL * (1 << jbig_info->width2)的内存,然后在下面memcpy时会导致越界写。

此外整个过程没有校验jbig_info的长度,所以会导致越界读。


HN文件格式逆向

本节介绍对cajviewer中对HN文件格式的逆向分析并介绍如何编写相应的010editor模板,最后介绍通过分析如何构造POC,触发cajviewer在解析HN文件中的图片时存在的漏洞。HN文件是cajviewer支持的其中一种文件格式,这个文件类似于PDF,可以包含文字、图片等,下图是一个HN文件应用模板后的截图,具体的分析过程请看正文部分。


样例文件和010模板

https://github.com/hac425xxx/cajviewer-fuzz-data
https://github.com/hac425xxx/cajviewer-fuzz-data/releases/download/2020-8-2/sample.7z


解析文件头

基于上文的分析,我们知道cajviewer使用CAJFILE_OpenEx1函数来打开和解析一个文件,因此这个函数就是我们的分析入口.

CCAJReaderStruct *__fastcall CAJFILE_OpenEx1(char *fpath, char *a2)
{

  file_type = CAJFILE_GetDocTypeEx1(fpath, a2, 0LL);// 获取文档类型
  switch ( file_type )
  {
    case 1u:
    case 2u:
    case 8u:
    case 0xAu:
    case 0x1Bu:
      ccaj_reader = operator new(0x210uLL);
      a2 = v12;
      CCAJReader::CCAJReader(ccaj_reader, v12); // 根据文件类型,构造Reader对象

函数首先调用CAJFILE_GetDocTypeEx1根据文件头和文件名返回一个表示文档类型的int值,对于样本文件来说会进入CCAJReader::CCAJReader 构造文档对象用于后续的解析。

通过分析类的构造函数可以大概了解对象的内存布局,比如通过new函数的参数可以知道 CCAJReader::CCAJReader 对象的大小为 0x210字节,下面看看类的构造函数


首先赋值虚表为 vtable for CCAJReader + 2,其实就是0xB19B0


我们可以把这个抠出来,作为一个结构体以便后续分析

struct CCAJReaderVtableStruct
{
  void *_ZN10CCAJReaderD2Ev;
  void *_ZN10CCAJReaderD0Ev;
  ....................................
  ....................................
  void *_ZN7CReader16InternalFileOpenEPKc;
  void *_ZN7CReader18InternalFileLengthEPv;
  void *_ZN7CReader16InternalFileSeekEPvll;
  void *_ZN7CReader16InternalFileReadEPvS0_l;
  void *_ZN7CReader17InternalFileCloseEPv;
  void *_ZN7CReader19InternalFileIsReadyEPKcijj;
};

然后设置CCAJReaderStructvtbl的类型为CCAJReaderVtableStruct*,这样再看虚函数调用时就可以很方便的定位到目标函数,其他用到的类也用这种方式逆向即可,继续往下看


这里调用CCAJReader::Open对文件进行初步解析,该函数实际会进入CAJDoc::Open读取文件内容并解析


首先这里调用BaseStream::getStream来创建一个stream对象,在cajviewer里面通过stream对象来从各种来源读取数据,比如网络、文件、内存等。


就我们这个例子实际构建的对象为FileStream,创建完后就会调用FileStream::openFileStream::seek打开文件并把文件指针重定向到文件开头。


然后会进入 CAJDoc::OpenNHCAJFile 进行具体的解析,第二个参数为0,在该函数里面首先会调用FileStream::read读取文件开头的0x88字节,并进行简单的判断


校验了前0x88字节的部分数据后,会再次读取 0x50字节的数据(0x10+0x40)


其中buffer_0x10.page_count表示文件中包含的页面数,这个通过观察下面的引用来推测,继续往下


这里首先校验buffer_0x10.field_0是否大于 0x18f ,如果大于0x18f就会再次读取一些内容作为元数据,然后会根据这个值设置item_size


首先cajdoc->current_offset在前面读取内容时会进行调整,从cajdoc->current_offset开始就是表示CAJPage的信息数组,数组中每一项的大小为 cajdoc->item_size,类的构造函数的最重要的参数是第三个参数,表示该CAJPage在文件中的偏移,后面解析时会用到这些。

至此我们可以得到文件开头的格式为

0x88字节的hn_header
0x10字节的buffer_0x10;
0x40字节的buffer_0x40;
如果buffer_0x10.field_0 > 0x18F,后面还会跟一个 0x84字节的buffer_0x84 和 308 * buffer_0x84.count 字节的内存
然后是buffer_0x10.page_count个page_info结构,每个结构的大小item_size为12或者20,item_size 根据buffer_0x10.field_0来判断


此时我们可以写一个简单的010editor模板,来解析文件头的数据


typedef struct{
    ubyte data[0x88];
}HN_FILE_HEADER;

typedef struct{
    uint32 field_0;
    uint32 field_4;
    uint32 page_count;
    uint32 field_0xc;
}BUFFER_0X10;

typedef struct{
    ubyte gap[12];
    uint16 w1;
    uint16 w2;
    uint32 unknown_dword;
    uint32 dword_20;
    ubyte data[40];
}BUFFER_0X40;

typedef struct{
    ubyte data[0x80];
    uint32 count;
}BUFFER_0X84;

local uint32 item_size = 12;

HN_FILE_HEADER hn_header;
BUFFER_0X10 buffer_0x10;
BUFFER_0X40 buffer_0x40;

local uint64 page_info_offset = FTell();

if(buffer_0x10.field_0 > 0x18F)
{
    BUFFER_0X84 buffer_0x84;
    local uint64 cur_pos = FTell();    
    page_info_offset = 308 * buffer_0x84.count + cur_pos;
}

if(buffer_0x10.field_0 <= 0xC7)
{
    item_size = 12;
}
else
{
    item_size = 20;
}

FSeek(page_info_offset);

这里有几个关键的点,在010editor的模板中类型定义和local开头的局部变量不会导致文件指针的移动,当直接定义结构体变量时就会导致010editor读取文件内容并进行解析。

HN_FILE_HEADER hn_header;

比如这个代表010editor会读取0x88字节到hn_header 并会移动文件指针,最后会使用FSeek(page_info_offset)把文件指针移动到page_info开始的位置,详细的教程和语法可以看下面的链接

https://bbs.pediy.com/thread-257797.htm


解析页面数据

解析完文件头的数据后会调用CAJPage::LoadPageInfo解析具体的页面信息


函数逻辑比较简单,就是FileStream::seek到指定的文件偏移,然后读取item_size数据用于page_info,然后会把page_info的数据保存到当前page对应的结构体里面, page_info的结构如下

struct page_info
{
  int file_offset;  // page数据在文件中的偏移
  int size; // page数据的大小
  __int16 pic_count;  // page中的图片个数
  __int16 field_A;
  __int64 field_C;
};

然后会跳到page_info.file_offset,读取page数据的前0x20个字节,然后从里面解析了一些数据,用途不明。

加载完page_info后会调用CAJPage::LoadPage加载页面的文本数据


这里首先跳转到page数据所在的文件偏移,然后把页面的数据读出来


这里对文件内容解析,首先从头8个字节里面解析出当前pageheighwidth,然后后面是具体的文本数据,然后判断文本数据开头是否有COMPRESSTEXT,如果是表示文本数据是压缩过的会使用UnCompress对文本数据进行解压。


解析完page的文本数据后会把page的图片数据在文件的起始偏移记录在page->pic_info_foffset里面,解析完之后会进入CAJPage::LoadPicInfo加载图片的元数据


这里会根据page->page_info.pic_count创建CAJ_FILE_PICINFO数组,数组中的每个元素为pic_info结构,结构体定义如下

struct pic_info_struct
{
  int type;  // 图像类型
  int offset; // 图像数据在文件中的偏移
  int size; // 图像数据的大小
};

通过这个函数每个page的图片信息会保存到page->caj_picinfo_list里面,然后会在CAJPage::LoadImage里面对页面的某个图片数据进行解析


函数的流程也简单,首先根据图片的索引在cajpage->caj_picinfo_list里面找到图片的picinfo结构,然后根据该结构读取图片的数据并使用UnCompressImage对图片数据进行解析。

至此我们可以得到page数据的组织方式如下

首先在文件头后面是buffer_0x10.page_countpage_info结构,page_info结构里面记录了页面的数据所在的文件偏移、内容的大小以及页面包含图片的个数,然后根据这些信息可以得到页面的文本数据和图片数据(图片数据紧跟在文本数据的后面)。

这部分的010模板如下

typedef struct{
    uint32 type;
    uint32 file_offset;
    uint32 size;
    local uint64 backup_offset = FTell(); 

    FSeek(file_offset);  // move to data offset
    ubyte pic_data[size];   // page_data
    FSeek(backup_offset);  // move back
}PICINFO;


typedef struct (uint32 size){
    PAGE_CONENT_HEADER page_hdr;


    local char tmp[12];
    ReadBytes(tmp, FTell(), 12);

    if(Memcmp(tmp, "COMPRESSTEXT", 12) == 0)
    {
        char compress_sig[12];
        uint32 decompressed_size;
        char compressed_data[size - 12 - 4 - sizeof(PAGE_CONENT_HEADER)];
    }
    else
    {
        ubyte page_text_content[size - sizeof(PAGE_CONENT_HEADER)];   // page_data
    }
    
}PAGE_CONTENT;

typedef struct _PAGE_INFO_ITEM{
    uint32 file_offset;
    uint32 size;
    uint16 pic_count;
    uint16 field_A;
  
    if(item_size==20)
    {
        uint64 field_C;
    }

    local uint64 backup_offset = FTell(); 
    
    FSeek(file_offset);  // move to data offset
    
    PAGE_CONTENT page_content(size);
    
    local uint32 i = 0;

    while(i < pic_count)
    {
        PICINFO pic_info;
        i++;
    }

    FSeek(backup_offset);  // move back
}PAGE_INFO_ITEM;


解析完后的效果图如下:


构造POC的技巧


通过前面的分析可知UnCompress会对页面文本数据进行解压,简单的看下UnCompress的实现我们可以知道该函数调用了zlib 1.1.3版本解压文本数据,这个版本有很多漏洞,如果我们想触发UnCompress的漏洞就可以把文件中压缩文本数据替换成zlib的poc数据即可



如果是要触发解析图片的的漏洞时也是一样的思路,替换掉正常文件中的某个图片数据即可



总结

本文介绍了如何分析一个软件并使用afl qemu模式来测试闭源二进制,并分析了其中的一些漏洞,最后介绍了逆向HN文件格式的过程,并介绍如何编写010editor模板来辅助poc构造。

附录

https://github.com/hac425xxx/cajviewer-fuzz-data


                                                           

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