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CVE-2021-35211:Serv-U SFTP PreAuth RCE漏洞深度分析

  • 小四
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  • 2023-01-31
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01

漏洞背景

2021年7月13日，美国微软威胁情报中心发布安全公告[1]，文中指出黑客利用Serv-U 0day对极少数美国军工部门成功进行了攻击，同日Serv-U母公司solarwinds也发布安全公告[2]，并针对最新大版本发布了补丁[3]。

注意：目前发布的补丁只针对最新的15.2.3大版本，且只能是付费用户才能下载安装补丁，非付费用户目前无法从官方渠道获取有效补丁。

根据补丁比较和fuzzer，小盾团队成功复现了该远程溢出漏洞，并能在实战环境下成功利用。截止9月10日，互联网上未发现任何有关该漏洞的技术分析和POC发布，也未发现更多新闻细节公布。该漏洞是2003年Serv-U mdtm漏洞修补后出现的第一个RCE漏洞。

02

Serv-U软件说明

该软件是全球流行的商业闭源FTP服务器端软件，官方资料显示该软件全球有超过10W用户，软件默认支持ftp(21端口)/sftp(22端口)等，出于安全性考虑现在大部分使用的是sftp端口(流量使用非对称算法加密)，主要运行在windows平台，新版本为X64程序，该软件22端口默认banner信息含有详细版本号，通过zoomeye搜索显示近一年IP量为13000个（全量为6.7W多）。其中15.2.3大版本有1100台，最新补丁版本15.2.3.742有900台，该漏洞影响范围是Serv-U 版本 < 15.2.3 HF2（即15.2.3.742）。按照近一年存活13000台，已安装此漏洞补丁900台计算，也就是说现在全网至少有90%的Serv-U处于受此漏洞威胁状态（Serv-U母公司应该是出于商业考虑未对大量存在的老版本发布补丁，老版本升级到最新版本需要再次付费）。Banner信息

03

漏洞分析与利用说明

综述

该漏洞是一个远程内存破坏漏洞（可以稳定控制虚函数指针），针对WINDOWS版Serv-U SFTP(22端口)进行攻击，该漏洞无需任何账号和密码，输入IP和端口即可成功攻击，只要版本低于15.2.3.742，成功率接近100%（单次成功率达不到100%，但可以立即再次攻击），利用成功获取SYSTEM权限SHELL。

3.1 补丁比较

下载最新版本742和上一版本723，补丁包文件如下

15.2.3.723 hf1 5/14/2021

Serv-U crashes due to incorrect OpenSSL API usage

    <Serv-U-InstallDir>\Serv-U.dll

    <Serv-U-InstallDir>\RhinoNET.dll

15.2.3.742 hf2 7/12/2021

* Unauthenticated Remote Code Execution in SSH protocol

   * <Serv-U-InstallDir>\Serv-U-RES.dll

   * <Serv-U-InstallDir>\Serv-U-Tray.exe

   * <Serv-U-InstallDir>\Serv-U.dll

   * <Serv-U-InstallDir>\Serv-U.exe

可以看到主要修改了4个文件，使用Bindiff依次对这4个文件进行比较，最终可以排除掉Serv-U.exe、Serv-U-Tray.exe和Serv-U-RES.dll，因为这三个文件改动非常小，基本上不可能存在漏洞。同时结合官方的报告，APT攻击中利用该漏洞可能会报如下错误：

EXCEPTION: C0000005; 

CSUSSHSocket::ProcessReceive();

Type: 30; 

puchPayLoad = 0x041ec066; 

nPacketLength = 76; 

nBytesReceived = 80; 

nBytesUncompressed = 156; 

uchPaddingLength = 5

基本可以判断该漏洞是一个SSH相关的内存型漏洞。使用BINDIFF和IDA对主DLL的补丁情况比较如下：左边为未补丁变化的函数地址，右边为补丁后的函数地址对Serv-U.dll中的十余个有变化的函数逐个分析，排除掉4个比较错误的函数，一共有9个函数发生变化，发现补丁为某些函数添加了硬编码的判断与赋值，比如，判断某个值198h是否为0、1、2、3、4或5等，或者给198h赋值为0、1、2、3、4或5等。此时，需要配合IDA尝试理解这些值的含义，首先定位到该值存储的位置，可以看到该值被存储到a1[0x198]。然后二进制搜索0x198，找到该值被读写的所有位置。遗憾的是，即使知道了补丁补的位置与代码，也很难揣测补丁的最终意图。于是另辟蹊径，从打过补丁的函数一直向上回溯，依次记录分析，发现函数sub_180145070会引用所有打过补丁的函数。其它几个变化的函数主要是该函数的switch case分支里调用的函数，下面我们具体分析该函数，该函数其实是RhinoNET!CRhinoSocket::ProcessReceiveBuffer，通过命名可以猜到是用于处理收到的数据BUF，在该函数入口点下断：180145070的调用栈如下：

RhinoNET!CRhinoSocket::ProcessReceiveBuffer+0x33       

RhinoNET!CRhinoSocket::OnReceive+0x170

RhinoNET!CRhinoProductSocket::OnReceive+0x3e            

RhinoNET!CAsyncSocketX::DoCallBack+0x107                   

RhinoNET!CAsyncSocketX::ProcessAuxQueue+0x53          

RhinoNET!CSocketWndX::OnSocketNotify+0x13               

mfc140u!CWnd::OnWndMsg+0xba9 

mfc140u!CWnd::WindowProc+0x3f 

mfc140u!AfxCallWndProc+0x123 

mfc140u!AfxWndProc+0x54 

mfc140u!AfxWndProcBase+0x49 

USER32!UserCallWinProcCheckWow+0x1ad

USER32!DispatchMessageWorke+0x3b5

Serv_U_180000000!CUPnPNotifyEvent::SetTimeout+0x30d85

Serv_U_180000000!CUPnPNotifyEvent::SetTimeout+0x30dfd

ucrtbase!crt_at_quick_exit+0x7d

kernel32!BaseThreadInitThunk+0xd

ntdll!RtlUserThreadStart+0x1d

仔细观察该函数的结构，一个外部大循环加内部的switch..case，明显是某种协议的实现，配合关键字符串SSH_MSG_IGNORE，不难得出结论：函数sub_180145070实现了部分或完整的SSH握手协议。通过调试可知，该函数主要用于处理SSH消息，依次处理的MSG消息如下：

180145070依次处理的MSG(10进制)

20  SSH_MSG_KEXINIT   

30  SSH_MSG_ECDH key exchange init !   CASE 28

21  SSH_MSG_NEWKEYS

5   SSH_MSG_SERVICE_REQUEST

50  SSH_MSG_USERAUTH_REQUEST

90  SSH_MSG_CHANNEL_OPEN

98  SSH_MSG_CHANNEL_REQUEST

94  SSH_MSG_CHANNEL_DATA

比如上图中：switch(v21)中v21就是SSH协议中的消息码，标识了消息类型。

通过文档[4]：

http://www.snailbook.com/docs/assigned-numbers.txt ，可查到相关SFTP协议的规范。

补丁后的程序，主要修补了20,30,21三个MSG，其中在这些MSG中处理CLIENT支持的SSH加密算法处多调用了SSH库578,530和538函数做检查(EVP_aes_128_ctr,EVP_EncryptInit_ex和EVP_DecryptInit_ex)同时通过调试可知，修补后的程序，对MSG序列的顺序做了限制！补丁比较后基本判断该漏洞是一个SSH协议握手阶段的逻辑处理出错，进而造成的内存处理出错，那么通过补丁比较就找不到传统内存溢出型漏洞补丁一般会对COPY长度做限制的地方，要复现这个漏洞就需要对Serv-U的SSH握手过程进行FUZZER。

3.2 FUZZER SSH握手过程

有了上述的信息，便可以写一个发包FUZZ脚本（不断生成消息码去测试），通过模拟SSH握手阶段的数据交换来模糊测试Serv-U服务器15.2.3.723。脚本运行一段时间后，得到了一个崩溃，通过分析该崩溃可以确认我们发送完20号消息后，不发送30号MSG，直接发送21号消息，是造成Serv-U崩溃的原因，打上补丁后不会产生该问题。那么说明很可能找到了漏洞点。同时该漏洞大概率能够利用，因为Serv-U.dll没有开启ASLR，而我们拥有控制EIP的能力，所以配合ROP便可以远程执行代码了。如下图，可以看到被调用的函数指针被覆盖为了AAAAAA……，也就是我们可以利用可控的数据覆盖一个虚函数指针，从而控制函数执行流程以执行我们的ShellCode。崩溃时的调用栈如下：崩溃的最终位置并不在Serv-U.dll里，而是在libeay32.dll，这个动态链接库是OpenSSL用于加解密的一个组件。通过跟踪调试，发现握手数据AAAAAA…的最后8字节数据被libeay32.dll错误地当作函数指针来调用，从而触发了崩溃。定位崩溃时发送的数据包，发现该数据包打乱了SSH正常的通信过程（握手包乱序），所以补丁中的硬编码值0、1、2、3、4、5等是为限制了数据包的发送顺序，即发送了包MSG 20之后只能发包MSG 30，以此缓解该漏洞。

3.3 漏洞利用

通过分析发包流程和Serv-U的SSH通信处理过程便得知，该漏洞的成因为Serv-U的SSH通信处理流程乱序导致的内存未初始化漏洞。通过网络数据包列举漏洞触发原理及过程如下：

SSH通信正常的处理过程为

密钥交换初始化（申请N字节内存，每个版本可能不同）;

密钥协商算法交换参数，比如ECDH（填充N字节内存：在内存块内填充函数地址等）;

加解密数据（调用N字节内存中的函数地址）

触发漏洞的过程为

密钥交换初始化（申请N字节内存）;

加解密数据（调用N字节内存中的函数地址）;

可以看到漏洞触发过程省略了ECDH密钥交换协商这一步。并且在第一步申请N字节时并未初始化内存。

漏洞触发利用过程

发包占坑布局N字节内存空间，并释放;

密钥交换初始化（申请N字节内存，该内存内容已被提前布局）

加解密数据触发漏洞（由于缺少了密钥协商设置N字节内存块内函数指针这一步，所以会调用N字节内存中已被提前布局的函数地址）;

漏洞补丁原理

漏洞补丁限制了SSH通信过程，所以不会再导致内存中函数指针被攻击者提前布局并利用的情况。

通过分析该崩溃，确定了该漏洞大概率能够利用，因为Serv-U.dll并没有开启ASLR，为我们提供了用于布置ROP链的必要条件。除此之外，上述崩溃的位置在CALL指令处，这使得我们大概率可以控制EIP。当同时拥有以上两种能力后，就可以控制程序跳转到布置好的ROP链上执行预先指定的代码。虽然Serv-U.dll中没有导入VirtualProtect函数，但是它导入了另外一个能够执行代码的函数ShellExecuteExW，所以目标就是构造ROP链传入指定参数执行ShellExecuteExW。首先使用capstone编写小工具提取ROP，获取所需指令的地址。然后拼接这些指令，达到执行ShellExecuteExW的目标，具体步骤是：切换栈+布局参数+调用函数。切换栈是第一步，但非常简单，使用xchg、pop、mov以及lea等指令修改rsp即可。布局参数是整个过程中最难的，因为函数ShellExecuteExW只有一个参数，该参数为一个结构体指针，而结构体内部的字符串指针才是执行命令的核心，所以这里涉及到多级指针的布控。由于我们控制了整个栈，所以布置多级指针的也并不难，但步骤比较繁琐，容易出错，一定要耐心谨慎。参数布置好之后，再次控制EIP跳转到导入表内的函数指针执行。一旦函数ShellExecuteExW执行完毕，就代表着用户指定的命令也已经执行完毕，但由于栈已经损坏，主程序将随之崩溃。如果不利用ShellExecuteExW也可以利用下图所示位置的代码，自行获得VirtualProtect函数地址：    （上图地址DLL版本为15.2.3.723）

04

现有补丁说明

截止9月10日，发布的补丁情况如下：

版本号

发布时间

有无漏洞

<15.2.3.717

----

有

15.2.3.717

2021/04/20

有

15.2.3.723 hf1

2021/05/14

有

15.2.3.742 hf2

2021/07/12

无(最新版)

05

漏洞利用工具说明

5.1 受影响软件版本

SSH-2.0-Serv-U_15.1.6.25至SSH-2.0-Serv-U_15.2.3.723

备注：SSH-2.0-Serv-U_15.1.6.25版本为2017年发布，更早的版本肯定也受影响，只不过当前测试的最早版本为2017年。SSH-2.0-Serv-U_15.2.3.723版本为最新的补丁版本的前一个版本。

5.2 远程利用限制条件

Serv-U需要以服务方式启动才能利用成功，不过Serv-U默认安装本来就是以服务方式启动的。如果以非服务方式启动则无法利用成功。

5.3 远程利用执行演示效果及特殊情况说明

1.利用成功后，目标机器的Serv-U.exe程序会执行我们的ShellCode代码，并且启动一个PowerShell子进程（父进程为Serv-U.exe），并通过PowerShell脚本回连我们设置的IP和端口，获取的SHELL权限为SYSTEM权限;

2.ShellCode代码启动的程序和执行的程序命令可以通过修改攻击脚本自行设定;

3.上述第2点提到的ShellCode执行的程序命令有长度限制，不能超过500个字节;

4.如果利用成功，Serv-U.exe程序会崩溃并自动重启（不会弹框，因为是服务方式启动所以会自动重启），所以可以无限次反复远程利用;

5.如果利用失败，攻击脚本执行完后稍等十秒再进行下一次攻击，直到成功为止;

6.每次的攻击成功率大概在20-50%;

7.单次攻击发出的网络数据包大小在2-3M左右，注意网络情况;

8.每个Serv-U版本需要有对应的ROP序列，所以每一个单独的小版本的Serv-U都需要定制化开发对应的攻击代码（程序有DEP，但关键DLL无ASLR）。

9.本文仅作安全技术分析，旨在为无法获得补丁的用户和安全研究人员提供此漏洞细节分析，所以不提供任何POC。

以下为测试演示的录像：
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参考链接：[1]https://www.microsoft.com/security/blog/2021/07/13/microsoft-discovers-threat-actor-targeting-solarwinds-serv-u-software-with-0-day-exploit/[2]https://www.solarwinds.com/trust-center/security-advisories/cve-2021-35211[3]https://support.solarwinds.com/SuccessCenter/s/article/Serv-U-15-2-3-HotFix-2?language=en_US[4]http://www.snailbook.com/docs/assigned-numbers.txt 

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