CVE-2021-24093 Windows 图形组件远程执行代码漏洞分析

作者：天融信阿尔法实验室
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/8GOXFfQZOvGB7W-sD6osLA

0x00前言

Windows图形组件DWrite库是用于高质量文本呈现的用户模式动态库，DWrite库存在远程代码执行漏洞。目前已有POC，POC可以实现任意地址写任意内容。

基于此我们做了分析，分析后得知字体库文件中的”maxp”表内容存在错误数据时，DWrite库使用此数据计算字体所需内存，导致分配内存过小，程序读取字体库中的数据写入数组并越界写入 到另外一个数据结构中，后续将结构中数据作为指针操作其中内容，写入数据和指针都可控。通过分析补丁，补丁修补方案为：取出”maxp”表的另一字段再加4，比较之前畸形数据得到较大值，以此计算需要分配内存大小。

文章包含如下内容：

定位chrome引擎的渲染进程

使用条件记录断点动态调试分析

使用IDA补丁比较静态分析

0x01漏洞信息

漏洞简述

漏洞名称：（Windows图形组件远程执行代码漏洞）

漏洞编号：（CVE-2021-24093）

漏洞类型：（数组越界写）

漏洞影响：（远程代码执行）

CVSS评分：（8.8）

利用难度：不太容易利用

基础权限：需要用户访问网页

组件概述

Microsoft DirectWrite是用于高质量文本呈现的现代Windows API。它的大部分代码位于DWrite.dll用户模式库中。它用作各种广泛使用的桌面程序（例如Windows上的chrome，Firefox和Edge）的字体光栅化程序。

漏洞利用

使用chrome浏览器访问Web页面，渲染引擎进程异常，导致chorme页面崩溃。

漏洞影响

漏洞主要影响Win10的某些版本及Windows Server 2016、2019、2004、20H2等系统。

0x02漏洞复现

CVE-2021-21087

环境搭建

靶机环境: Windows 1909专业版 x64、chrome 86.0.4240.193 （64位）

poc.html放在本机，漏洞环境也在本机。

复现过程

1.将POC文件与poc.ttf放在同一目录下，使用chrome打开poc.html文件。

2.页面打开，点击确定按钮加载ttf文件。

3.浏览器渲染引擎进程崩溃

4.定位进程崩溃地点

（1）打开Html页面时会启动多个chrome进程，首先需要定位到哪个是渲染引擎进程。

（2）先关闭chrome浏览器(否则会影响定位结果)，使用火绒剑来定位渲染引擎进程，清空火绒剑记录内容，开启监控，设置动作过滤包括进程启动和进程退出，点击确定，然后开启监控，如下：

（3）使用chrome打开poc.html，在弹出框上点击确定，之后渲染引擎崩溃，关闭监控，查看监控到的内容，过滤监控内容，只需要包含chrome.exe的记录，如下：

（4）可以看到最后一个进程退出，进程ID为4228，渲染引擎崩溃，进程应该也会退出，假设最后一个进程是渲染引擎进程，它创建记录是在从上往下数第七个，再试一次，重复(2-3)的过程，这次打开poc.html之后不要点击确定按钮，查看火绒剑记录如下：

定位到第七个进程，进程ID为4948，使用Windbg x64附加此进程，(如果chrome浏览器切换到后台，比如我点击回到桌面，chrome会自动点击确定按钮，导致渲染进程退出，可以先打开windbg，不用切回桌面再打开windbg，或者使用双屏幕也可以。)

附加成功之后，输入g继续运行，然后回到浏览器中，点击确定按钮，windbg断下，如下：

可以看到引用一个错误的内存地址，发生异常，可知已经定位到正确的渲染进程。

0x03漏洞分析

基本信息

漏洞文件：DWrite.dll

漏洞函数：fsg_ExecuteGlyph

漏洞对象：TrueType字体中的”maxp”表

背景知识

TrueType字体通常包含在单个TrueType字体文件中，其后缀为.TTF。TrueType中的所有数据都使用big-endian编码，TTF文件中包含了字体的版本号和几个表，每个表都有一个TableEntry结构项，TableEntry结构包含了资源标记、校验和、偏移量和每个表的大小。下面是TrueType字体目录的C语言定义:

typedef sturct

{

char  tag[4];

ULONG  checkSum;

ULONG  offset;

ULONG  length;

}TableEntry;

typedef struct

{

Fixed  sfntversion;  //0x00010000  for  version  1.0

USHORT  numTables;

USHORT  searchRange;

USHORT  entrySelector;

USHORT  rangeShift;

TableEntry  entries[1];//variable  number  of  TableEntry

}TableDirectory;

文件开头为TableDirectory结构体， TableDirectory结构的最后一个字段是可变长度的TableEntry结构的数组，每个结构对应一个表。TrueType字体中的每个表都保存了不同的逻辑信息，其中”maxp”表的作用是描述字体中所需内存分配情况的汇总数据，”maxp”表的内容具体结构为：

typedef struct

{

Fixed version;// 0x00010000 for version 1.0

USHORT numGlyphs;

USHORT maxPoints;// 非复合字形中的最大点

USHORT maxContours;

USHORT maxCompositePoints;// 复合字形中的最大点

USHORT maxCompositeContours;

USHORT maxZones;

USHORT maxTwilightPoints;

USHORT maxStorage;

USHORT maxFunctionDefs;

USHORT maxInstructionDefs;

USHORT maxStackElements;

USHORT maxSizeOfInstructions;

USHORT maxComponentElements;// 任何复合字形在“顶级”处引用的最大组件数

USHORT maxComponentDepth;

}

详细分析

1. 基础分析

poc.ttf中数据:

图中箭头1指向的数据为”maxp”表的TableEntry结构，Offset字段为00000158为箭头2所指向的地方，是”maxp”表内容的具体结构，maxPoints字段值为0(距离箭头2偏移0x6)，maxCompositePoints字段为3(距离箭头2偏移0xA)。

AE标志符号的表条目中的x和y增量在运行时会覆盖到另一个数据结构，TTF中内容如下：

异常触发时指令为add word ptr [r8+56h]，ax，ax为 0x9E9F(图中1标记)，r8为0x00007A7B00007879(图中2标记)的地址处，78 79 7A 7B都是TTF中的数据，补0是因为在异常指令之前对x数组和y数组调用了memset初始化内存空间。

poc.html中如下：

正常情况下，ttf文件中maxPoints字段值为0x168，maxCompositePoins字段值为0x2352，在poc.ttf文件中将”maxp”结构中maxPoints字段的值改为0，将maxCompositePoins值改为3，当加载并光栅化损坏的”maxp”表的数据时，会导致堆分配缓冲区过小，调用栈如下：

当复合字形Æ（AE，HTML实体＆＃198;，U + 00C6）被栅格化时，函数DWrite! fsg_ExecuteGlyph崩溃，调用栈如下：

fsg_ExecuteGlyph函数内部对堆块内部的两个整数数组(对应于x和y坐标)进行操作，使用0x148这个长度调用memset来初始化两个数组，但是数组的长度小于0x148，会将跟在数组后面的一个指针置0。

如果字体是一个变量且指定了轴值，它还将调用TrueTypeRasterizer :: Implementation::ApplyOutlineVariation-> GlyphOutlineVariationInterpolator :: ApplyVariation会从TTF中获取数据赋值给数组内的成员，但是数组较小，所以将数组后面的指针置为TTF中的数据。之后会向这个指针指向的地址中写入数据导致异常。

漏洞库版本如下：

2.静态分析

崩溃函数fsg_ExecuteGlyph分析

在大的堆块中，有两块内存分别用于x数组和y数组，调用memset初始化，之后调用call cs:off_7FFF41C70D10 ，函数内部会调用DWrite!TrueTypeRasterizer::Implementation::ApplyOutlineVariation给x数组和y数组赋值,addr1指向的内存没有0x148字节那么大，所以会写到其它的数据对象上，接下里会引用被覆盖的数据作为指针去写数据：rsi+8中的数据被数组赋值时修改了，使用TTF中的数据覆盖了[rsi+8]的数据，0x00007FFF41B341F6地址处调用的指令dd [r8+56],ax，其中ax中的数据也是可以控制的。

函数调用链

计算内存大小的函数调用链为

TrueTypeRasterizer::Implementation::Initialize-> fs_NewSfnt ->fsg_WorkSpaceSetOffsets函数fsg_WorkSpaceSetOffsets内部计算需要申请的内存空间大小并将结果传出到fs_NewSfnt中。

fs_NewSfnt获取需要申请的内存大小，之后调用calloc申请内存。

可以看到图中调用完成fs_NewSfnt后，在下面的循环中获取v39内存块中的内容作为申请内存的大小。

fs_NewSfnt函数内容如下：

v2为传入的第二个参数a2，*((_DWORD *)v2 + 3)与fs_NewSfnt中取内存大小区域（(_DWORD )(v14 + 4i64 * j),j为3时）是一致的。

补丁Diff

fsg_WorkSpaceSetOffsets函数补丁前后有修改。

查看补丁前fsg_WorkSpaceSetOffsets函数伪C代码如下：

其中参数v3指向”maxp”表具体内容

可以看到图中从maxCompositePoints和maxPoints字段中取较大值，并且与常量1比较取较大值，得到值为3，之后加8，得到0xb，作为第一个参数传入fsg_GetOutlineSizeAndOffsets中，这个函数看名称应该是获取轮廓的大小和偏移值。

补丁后fsg_WorkSpaceSetOffsets函数伪C代码有点问题，所以下面贴出汇编代码如下：

打过补丁后，程序是先从maxCompositePoints和maxPoints字段中取较大值，得到3，再与1比较得较大值仍然为3，3+8得到0xb，再取出maxp表中maxComponentElements字段，POC中此值为0x0062，相对”maxp”表具体内容偏移为0x1C

0x62+4=0x66，比较0x66与0xb得到较大值作为第一个参数传入fsg_GetOutlineSizeAndOffsets函数中。

函数fsg_GetOutlineSizeAndOffsets没有变化，只是因为传入的第一个参数不同，所以最终计算出的结果也不同。

漏洞函数分析

fsg_ExecuteGlyph函数对堆块内部的两个整数数组，对应于x坐标和y坐标进行操作，实际上数组的较小，fsg_ExecuteGlyph函数先调用了两次memset将数组清零，如果字体是一个变量且指定了轴值，还会调用TrueTypeRasterizer::Implementation::ApplyOutlineVariation->GlyphOutlineVariationInterpolator::ApplyVariation将字体中的数据赋值到坐标数组，这样就会破坏到后续的结构成员。

3. 动态分析

计算所需内存的过程可以通过条件断点的方式来调试，附加到调试器后，可以设置如下断点命令，

bp DWrite!TrueTypeRasterizer::Implementation::Initialize "r $t0=$t0+1; .printf \"Initialize times:%d\n\",@$t0;.echo;gc"

可以看到第13次调用TrueTypeRasterizer::Implementation::Initialize函数之后就会进入崩溃。

重新启动，下断点：

bp DWrite!TrueTypeRasterizer::Implementation::Initialize "r $t0=$t0+1; .printf \"Initialize times:%d\n\",@$t0;.echo;.if(@$t0 == 0x0D){}.else{gc}"

运行可以看到：

在调用fs_NewSfnt之前下断点，查看传入参数内容：

单步步过，再次查看内存，可以看到需要申请的内存大小为0x6fa4。

继续往下运行：

可以看到申请的内存地址为0x00000196bc484b60。

在崩溃函数中下断点，运行：

堆块起始地址为上面的申请的0x00000196bc484b60，调用memset使用的大小为0x148，上面是内存块1，addr1为0x00000196bc4850fc

查看堆块大小以及addr1相对堆块起始地址的偏移大小如下：

最终调用fsg_ExecuteGlyph+0x772处的指令add [r8+56h], ax时，a8来源于[rsi+8]

查看rsi+8相对于堆块的偏移

rsi+8相对于堆块起始地址偏移0x6c8，而addr1相对于堆块起始地址偏移0x59c，0x59c+0x148=0x6E4>0x6C8，所以操作addr1中的数据时会覆盖rsi+8处的数据，从图上可以看到，调用memset后rsi+8中的数据初始化为0。

调用ApplyOutlineVariation函数之后，rsi+8处数据被修改为ttf文件中的数据。（重新启动，内存地址与上面不一样）

继续运行，如下：

可以看到ax为0x9e9f，r8为0x00007a7b00007879，这两个数据都在poc.ttf文件中的数据，所以这个指针数据可控(where)，要写入的内容(what)也可控。

打过补丁之后查看DWrite!fsg_ExecuteGlyph函数没有变化，调试发现整个堆块的大小变得更大了，x数组和y数组的大小还是0x148字节，ESI对象距离堆块起始地址的距离变大，所以在x数组和y数组的赋值过程中没有覆盖到ESI对象,如下：可以看到堆块大小为0x7d24，之前为0x6fa4。

addr1结束地址为0x0000015fd070427c<0x0000015fd0704868，所以数组使用0x148的大小不会覆盖到后面的数据。

0x04总结

TTF文件的”maxp”表描述字体中所需内存分配情况的汇总数据，DWrite库没有校验数据，在ttf中写入畸形数据时，程序申请内存过小，导致溢出到其它的数据结构，实现了任意地址写任意数据。补丁在计算所需内存时读取ttf中另一个值+4，与之前畸形数据比较得较大值，申请足够的内存。

0x05解决方案

微软已经更新了官方补丁，下载链接：

https://msrc.microsoft.com/update-guide/vulnerability/CVE-2021-24093

0x06参考文献

1.https://bugs.chromium.org/p/project-zero/issues/detail?id=2123

2.https://docs.microsoft.com/en-us/typography/opentype/spec/maxp

3.https://blog.csdn.net/blueangle17/article/details/23750999

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