如何以一种意外的方式发现并找到 WinIO 内核驱动栈溢出漏洞

研究人员在OEM厂商的何种核驱外围设备中发现了多个漏洞 ，这影响了这些OEM厂商（Razer、意外溢出EVGA、动栈MSI、现并AMI）的漏洞许多用户 。这些漏洞源于一个众所周知的何种核驱易受攻击的驱动程序，通常被称为WinIO/WinRing0 。意外溢出

本文会重点介绍一个有趣的动栈TOCTOU漏洞案例（CVE-2022-25637） ，以及其他一些漏洞。现并

众所周知，漏洞MSI开发了一个名为MSI Dragon Center的何种核驱便捷工具
，源码库其目的意外溢出是检索有关计算机统计信息（即GPU/CPU使用情况）并控制硬件相关设置
。

不过从实际反馈来看，动栈它运行得并不好
，现并出现了许多UI问题并且加载时间慢 。漏洞有研究人员在调整MSI电脑上风扇的速度时 ，无疑发现了其中的问题，很可能是MSI使用了内核驱动程序
。本文的作者检查证实了MSI使用内核驱动程序来执行Dragon Center提供的一些功能 ，即风扇控制功能是模板下载通过WMI对象或供应商特定的API(如NvAPI_GPU_SetCoolerLevels)完成的，并没有在Dragon Center代码中实现。此外  ，Dragon Center加载了一个名为WinIO的驱动程序
，这显然与风扇控制的逻辑无关。综合上述事件 ，我开始研究WinIo驱动程序，因为它可能会构成一个有趣的攻击面 。

WinIO是由www.internals.com开发的著名内核驱动程序（该网站已不再在线，亿华云但可以通过archive.org访问）。WinIO驱动程序库允许32位和64位Windows用户模式进程直接访问I/O端口
、MSR寄存器和物理内存，它已被许多供应商广泛使用。由于它具有强大的功能，因此责任重大 
，驱动程序应该只允许特权用户使用这些功能。

然而 ，在WinIo中 ，情况有所不同 ，任何用户都可以与之交互，包括沙盒应用程序。WinIo可以简单地在设备对象上设置一个安全描述符 ，以避免低权限用户与其交互，如下面的建站模板代码片段所示。

将SDDL应用于设备对象

我在我的设备上发现的WinIo版本是驱动程序的早期版本（我们怀疑它是WinIo 2.0版），即使是最简单的漏洞也极易对其发起攻击 ，一个简单的DeviceIoControl请求可能会破坏堆栈 。通过使用具有IOCTL代码0x80102040的DeviceIoControl发送I/O请求，研究人员得到了一个memmove方法。

WinIo调度函数：易受攻击的服务器租用memmove/memcpy

此memmove缺少任何参数检查。更准确地说，它属于控制长度参数，该参数源自SystemBuffer。因此
，通过指定大于IOPM本地变量长度的长度，我们可以很容易地破坏堆栈
。因此，我们可以重写本地堆栈数据 ，这是一个经典的缓冲区溢出场景，它可以导致重写调用方的返回指针，再加上使用ROP链，源码下载最终导致权限升级。

然而，存在另一个漏洞，即通过物理内存映射的权限升级，这允许我们拥有一个强大的R/W原语。

WinIO中的任意内存R/W函数

此时
，会出现一个问题，这个代码库是否可以用于其他地方\驱动程序 ？

寻找其他易受攻击的程序

我们在VirusTotal中编写了一个相对简单的查询，并找到了114个潜在驱动程序的匹配项，，这些潜在驱动程序可能与我们的脆弱驱动程序共享相同的代码库 。

通过快速浏览一些驱动程序的逆向代码 ，许多供应商似乎使用了WinIo驱动程序的相同易受攻击的代码库 。

其中Razer Synapse Service.sys特别引起了我的注意 。

Razer Synapse Servicesys VirusTotal结果

三个异常的Razer Synapse

研究人员的设备上安装的是Razer Synapse，Razer Synapse(雷蛇云驱动)是款云端软件,配合Razer的键鼠使用,可以把游戏配置文件 、宏,已经鼠标等的设置参数同步到云端 。Razer Synapse加载了一些驱动程序，其中之一是Razer Synape服务。sys–具有不同名称的WinIo驱动程序。通常，当加载WinIo驱动程序时，不会对设备对象设置安全限制。然而，在这种情况下，它有一个限制性的安全描述符。

应用于Razer驱动程序的SDDL

此时，通常应该放弃此驱动程序，即使它是错误的 ，因为为了与此驱动程序交互，你需要具有高权限 ，这意味着你已经可以执行特权操作。

在Windows中 ，如果你以admin+的身份开始  ，那么让驱动程序做一些异常的操作并不会被视为是不安全的事情 。由于驱动程序没有设置安全描述符，所以这一定是在其他地方完成的 。

根据MSDN的描述
：“设备对象的安全性可以由放置在INF文件中或传递给IoCreateDeviceSecure的SDDL字符串指定 。”

现在，我们应该仔细分析一下INF文件 ，但令人惊讶的是 ，并没有INF文件！

不得不说这是一个很奇怪的情况 ，我们怀疑Razer Synapse Service.exe将SDDL设置为驱动程序创建的设备对象。为此 ，我们监控了Procmon中的系统 ，并注意到该程序负责加载Razer Synapse Service.sys驱动程序。

准备安装 “Razer Synapse Service.sys”

我们需要对Razer Synapse Service.exe进行逆向工程，以了解它在何处应用安全描述符。幸运的是，它是用C#编写的，这将使我们的逆向工程工作更容易，因为我们可以使用reflector。

通过遍历模块列表 ，找出哪个模块负责加载内核驱动程序。我们将不同的模块反编译回C#（我们使用了DnSpy）
，然后继续查找与服务控制管理器（SC管理器）进行的任何通信
。我们发现负责此事的模块是LibreHardwareMonitorLib（开源）。

如果我们仔细观察代码 ，就会发现一些奇怪的东西。

我们可以看到，在第11-14行中
，服务尝试打开驱动程序创建的设备对象的句柄
 ，然后为其设置新的安全描述符。我的意思是，他们在用户模式下使用了正确的方法，但他们一开始就不应该在用户模式空间中这样做。

如上所述，应用SDDL应该在内核中完成 ，并在设备创建时完成。事实上，它没有在内核空间中发生，这导致设备对象持有一个默认的安全描述符 ，该描述符允许低权限用户与设备对象交互
。

这是检查使用时间漏洞的典型案例。如果我们能够利用这个短时间段获取设备对象的句柄，那么我们就可以滥用WinIo的漏洞 。

漏洞利用

“Razer Synapse Service”配置为自动启动 。因此
，我们不能从低权限用户的角度随意重新启动它 。要利用该漏洞，就是要在不重新启动服务的情况下重新创建竞争条件（race condition）。

事实证明，使用synapse3提供的更新机制，触发这种情况相对容易。每当安装新更新或新插件时
，Razer Synapse Service将重新启动 。

重新启动过程包括卸载WinIo驱动程序
 ，然后重新加载
。因此 ，允许我们触发竞争条件
。这是通过安装一个新模块来完成的，这一操作不需要特权，因为Synsapse3支持Alexa、Chroma Connect、Chroma Studio
、Philips HUE等模块 。

模块列表Synapse 3

如果我们选择安装其中一个模块 ，synapse3进程将通过命名管道向Razer Central Service发送命令 ，以安装所选模块。

RazerCentralService.exe启动模块安装 ，包括停止和启动RazerSynapse服务，从而卸载和加载驱动程序 。为此 ，我们创建了一个POC ，该POC完成了整个过程 ，在POC触发模块安装期间，一个无限的while循环尝试使用CreateFile API打开设备对象的句柄。我们设法在安全描述符更改之前打开了设备的句柄 ，换句话说
，我们赢得了竞争。此时，服务更改安全描述符并不重要 ，因为我们拥有设备对象的有效句柄
。

现在我们可以自由地与设备对象交互，可以利用WinIo的一些漏洞。在本文的POC中，我们利用了MSR R/W原语。写入MSR原语允许我们重写IA32_LSTAR MSR 。这个特定的MSR保存着指向处理系统调用的内核函数的指针(KiSystemCall64Shadow)
。通过重写函数指针，我们可以实现任意的内核代码执行。

根据@_xeroxz的经验 ，我们使用称为msrexec的工具轻松地开发了MSR写入原语漏洞。

总结

这项研究是我们修设备风扇时无意中发现的一个漏洞 ，通过利用一个很酷的竞争条件，导致在内核中运行代码 
。

本文翻译自：https://www.cyberark.com/resources/threat-research-blog/inglourious-drivers-a-journey-of-finding-vulnerabilities-in-drivers