IE沙箱拖拽安全策略解析

IE沙箱逃逸是IE浏览器安全研究的一个重要课题,其中有一类漏洞会借助ElevationPolicy设置中的白名单程序的缺陷来完成沙箱逃逸。IE在注册表中有一个和ElevationPolicy类似的名为DragDrop策略设置,这引起了我们的注意。在本文中,笔者将以一个攻击者的视角,尝试各种途径来突破IE沙箱的这一安全策略,通过分析所遇到的障碍,达到对IE沙箱拖拽安全策略进行详细解析的目的。

0x01 IE沙箱的拖拽策略

IE沙箱逃逸技术中有一类是利用ElevationPolicy中的白名单程序的问题去执行任意代码,在注册表中,有一个和ElevationPolicy类似的配置,名为DragDrop,具体注册表路径如下:
HKLM\Software\Microsoft\Internet Explorer\Low Rights\DragDrop
如下图所示:

DragDrop Policy值的含义如下:
0:目标窗口是无效的DropTarget,拒绝;
1:目标窗口是有效的DropTarget,但无法复制内容;
2:弹框询问用户,允许后将内容复制到目标窗口;
3:静默允许拖拽。

在一个干净的Windows 8.1系统上,DragDrop目录下默认有三个程序:iexplore.exe, explorer.exe, notepad.exe,它们的Policy值都是3。当目标程序的Policy值为2时,向目标程序窗口拖拽文件,IE会弹出一个提示框,如下图所示:

0x02 Explorer进程的拖拽问题

在从IE往Explorer上拖拽文件时,虽然DragDrop Policy值设置为了3,IE不会弹框,但是Explorer进程会会弹一个提示框,如下图所示:

然而,当我们从IE中向Explorer侧边栏的树形文件夹结构中拖拽文件时,并不会弹框。这应该是Explorer程序实现上的一个疏漏。进一步设想,如果我们能够在IE沙箱中通过程序模拟鼠标的拖拽操作,那么就能够利用Explorer的这个问题跨越IE沙箱的安全边界。

0x03 不使用鼠标完成OLE拖拽

OLE拖拽是一种通用的文件拖拽方式,它采用了OLE的接口设计方法来实现拖拽功能,使得拖拽的实现通用且模块化。OLE拖拽技术包含三个基本接口:

  1. IDropSource接口:表示拖拽操作的源对象,由源对象实现;
  2. IDropTarget接口:表示拖拽操作的目标对象,由目标对象实现;
  3. IDataObject接口:表示拖拽操作中传输的数据,由源对象实现。

下图描述了一个完整的OLE拖拽操作需要实现的关键组件:

我们要模拟鼠标拖拽,则只需要实现IDropSource和IDataObject接口。正常的OLE拖拽操作的核心是调用ole32!DoDragDrop函数,该函数原型如下:

HRESULT DoDragDrop(
        IDataObject    *pDataObject,   // Pointer to the data object
        IDropSource    *pDropSource,   // Pointer to the source
        DWORD          dwOKEffect,    // Effects allowed by the source
        DWORD          *pdwEffect      // Pointer to effects on the source
);

DoDragDrop的参数中包含了拖拽源对象和拖拽数据的信息,在DoDragDrop函数内部通过鼠标指针位置来获取拖拽目标对象的信息。接下来,笔者给出一种不使用鼠标,而是用代码模拟的方式来完成文件拖拽的方法。

要通过代码模拟鼠标拖拽操作,即要将DoDragDrop函数中GUI操作的部分剥离出来,找出真正执行拖拽操作的函数,将所需要的参数直接传递给它来完成拖拽操作。这里以Win7上的ole32.dll 6.1.7601.18915为例,说明DoDragDrop内部的实现。

Ole32!DoDragDrop的主要逻辑如下:

HRESULT __stdcall DoDragDrop(
        LPDATAOBJECT pDataObj, 
        LPDROPSOURCE pDropSource, 
        DWORD        dwOKEffects, 
        LPDWORD      pdwEffect)
{
        CDragOperationdrgop;
        HRESULT hr;
        CDragOperation::CDragOperation(
                &drgop, 
                pDataObj, 
                pDropSource, 
                dwOKEffects, 
                pdwEffect, 
                &hr);
        if ( hr>= 0 ){
                while ( CDragOperation::UpdateTarget(&drgop)
                                &&CDragOperation::DragOver(&drgop)
                                &&CDragOperation::HandleMessages(&drgop) )
                        hr = CDragOperation::CompleteDrop(&drgop);
                 }
                 CDragOperation::~CDragOperation(&drgop);
        return hr;

}

CDragOperation::CDragOperation是构造函数,其中重要的初始化操作包括:

ole32! GetMarshalledInterfaceBuffer

ole32! ClipSetCaptureForDrag

    -->ole32!GetPrivateClipboardWindow

ole32! CreateSharedDragFormats

接下来的While循环判断拖拽的状态,最终由CompleteDrop完成拖拽,关键的函数调用如下:

ole32!CDragOperation::UpdateTarget

    -->ole32!CDragOperation::GetDropTarget

        -->ole32!PrivDragDrop

ole32!CDragOperation::DragOver

    -->ole32!CDropTarget::DragOver

        -->ole32!PrivDragDrop

ole32!CDragOperation::CompleteDrop

    -->ole32!CDropTarget::Drop

        -->ole32!PrivDragDrop

可以看到,最终实现拖拽操作的函数是ole32!PrivDragDrop, 通过使用函数偏移硬编码函数地址,可以调用到ole32.dll中的内部函数。我们定义了一个DropData函数来模拟鼠标拖拽,输入参数为目标窗口句柄和被拖拽文件的IDataObject指针,主要逻辑如下:

auto DropData(HWND hwndDropTarget, IDataObject* pDataObject)
{
        GetPrivateClipboardWindow(CLIP_CREATEIFNOTTHERE);
        CreateSharedDragFormats(pDataObject);
        void    *DOBuffer = nullptr;
        HRESULT result = GetMarshalledInterfaceBuffer(
                                                 IID_IDataObject, 
                                                 pDataObject, 
                                                 &DOBuffer);

        if (SUCCEEDED(result)){
                DWORD     dwEffect = 0;
                POINTL    ptl = { 0, 0 };
                void      *hDDInfo = nullptr;

                HRESULT result = PrivDragDrop(
                                                         hwndDropTarget, 
                                                         DRAGOP_ENTER,
                                                         DOBuffer, 
                                                         pDataObject, 
                                                         MK_LBUTTON, 
                                                         ptl, 
                                                         &dwEffect, 
                                                         0, 
                                                         &hDDInfo);

        if (SUCCEEDED(result)){
                HRESULT result = PrivDragDrop(
                                                                 hwndDropTarget, 
                                                                 DRAGOP_OVER, 
                                                                 0, 
                                                                 0, 
                                                                 MK_LBUTTON, 
                                                                 ptl, 
                                                                 &dwEffect, 
                                                                 0, 
                                                                 &hDDInfo);

                     if (SUCCEEDED(result)){
                                HWND hClip = GetPrivateClipboardWindow(CLIP_QUERY);
                                HRESULT result = PrivDragDrop(
                                                                         hwndDropTarget, 
                                                                         DRAGOP_DROP, 
                                                                         DOBuffer, 
                                                                         pDataObject, 
                                                                         0, 
                                                                         ptl, 
                                                                         &dwEffect, 
                                                                         hClip, 
                                                                         &hDDInfo);
                        }
                }
        }
        return result;
}

目标窗口句柄可以通过FindWindow函数获得,将被拖拽文件封装成一个DataObject并获得其IDataObject接口指针的方法有两种:

  1. 自己编写C++类实现IDataObject接口;
  2. 使用现有类库中的实现,如:MFC, Shell32中均有对拖拽接口实现的相关类。

笔者这里给出使用MFC类库对文件进行封装并获得其IDataObject接口的方法,实现代码如下:

auto GetIDataObjectForFile(CString filePath)
{
        COleDataSource*    pDataSource = new COleDataSource();
        IDataObject*       pDataObject;
        UINT               uBuffSize = 0;
        HGLOBAL            hgDrop;
        DROPFILES*         pDrop;
        TCHAR*             pszBuff;
        FORMATETC          fmtetc = { CF_HDROP, NULL, DVASPECT_CONTENT, -1, TYMED_HGLOBAL };

        uBuffSize = sizeof(DROPFILES) + sizeof(TCHAR) * (lstrlen(filePath) + 2);
        hgDrop = GlobalAlloc(GHND | GMEM_SHARE, uBuffSize);

        if (hgDrop != nullptr){
                pDrop = (DROPFILES*)GlobalLock(hgDrop);
                if (pDrop != nullptr){
                        pDrop->pFiles = sizeof(DROPFILES);

#ifdef _UNICODE
        pDrop->fWide = TRUE;
#endif

                        pszBuff = (TCHAR*)(LPBYTE(pDrop) + sizeof(DROPFILES));
                        lstrcpy(pszBuff, (LPCTSTR)filePath);
                        GlobalUnlock(hgDrop);
                        pDataSource->CacheGlobalData(CF_HDROP, hgDrop, &fmtetc);
                        pDataObject = (IDataObject *)pDataSource->GetInterface(&IID_IDataObject);
                }
                else{
                        GlobalFree(pDrop);
                        pDataObject = nullptr;
                }
        }
        else{
                GlobalFree(hgDrop);
                pDataObject = nullptr;
        }
        return pDataObject;
}

0x04 IE沙箱的拖拽实现

当我们在IE沙箱中用鼠标进行拖拽操作时,沙箱内的IE Tab进程会通过ShdocvwBroker将数据转发给沙箱外的主进程,在主进程中完成拖拽操作。也就是说,真正完成拖拽操作是在沙箱外的IE主进程内。两个进程的函数调用情况大致如下:

IE子进程(沙箱中):

MSHTML!CDoc::DoDrag

    -->MSHTML!CDragDropManager::DoDrag

        -->combase!ObjectStubless

            --> … 发送ALPC消息给IE主进程

IE主进程:

… 接收IE子进程发来的ALPC消息

    -->RPCRT4!Invoke

        -->IEFRAME!CShdocvwBroker::PerformDoDragDrop

            -->IEFRAME!CShdocvwBroker::PerformDoDragDropThreadProc

                -->ole32!DoDragDrop

0x05 IE沙箱对拖拽操作的安全限制

在IE沙箱中,我们是可以直接调到Broker中的函数的。通过自己创建一个IEUserBroker,再由IEUserBroker创建一个ShdocvwBroker,我们就可以调到主进程中的IEFRAME!CShdocvwBroker::PerformDoDragDrop函数。调用的实现方法大致如下:

typedef HRESULT(__stdcall *ppCoCreateUserBroker)(IIEUserBroker **ppBroker);

IIEUserBrokerPtrCreateIEUserBroker()
{
        HMODULE hMod = LoadLibrary("iertutil.dll");
        pCoCreateUserBroker CoCreateUserBroker;
        CoCreateUserBroker = (pCoCreateUserBroker)GetProcAddress(hMod, (LPCSTR)58);
        if (CoCreateUserBroker){
                IIEUserBrokerPtr broker;
                HRESULT ret = CoCreateUserBroker(&broker);
                return broker;
        }
        return nullptr;
}

IIEUserBrokerPtr broker = CreateIEUserBroker();
IShdocvwBroker* shdocvw;
broker->BrokerCreateKnownObject(
                        CLSID_CShdocvwBroker,
                        _uuidof(IShdocvwBroker),
                        (IUnknown**)&shdocvw);

shdocvw->PerformDoDragDrop(
                        HWND__ *,
                        IEDataObjectWrapper *,
                        IEDropSourceWrapper *,
                        ulong,
                        ulong,
                        ulong *,
                        long *);

拖拽功能最终是调用ole32!DoDragDrop函数来实现的,DoDragDrop所需的参数都可以由PerformDoDragDrop函数传入(参考0x03章节中DoDragDrop函数的参数信息)。至此,我们已经可以从沙箱内直接走到沙箱外的ole32!DoDragDrop函数,且传入参数可控。而要模拟鼠标拖拽操作,有两个思路:

  1. 使用0x02章节中所讲的直接调用ole32.dll内部函数的方法;
  2. 调用API改变鼠标位置。

对于第一种方法,由于我们是在沙箱内,只能通过Broker接口的代理才能从沙箱中出来,进入到IE主进程的进程空间。所以我们并不能调到主进程中dll的内部函数,进而这种方法是不可行的。

第二种方法,如果我们能够改变鼠标的位置,那么在ole32!DoDragDrop函数内部通过鼠标位置获取目标窗口信息的步骤就会成功通过,就能够完成模拟鼠标拖拽的目标。然而实验过程中,我们发现在IE沙箱中是无法通过API来改变鼠标指针位置的。下面来具体说明这个问题。

笔者想到的能够改变鼠标指针位置的方法有两种:
1.通过SendInput函数模拟鼠标动作。SendInput函数从用户态到内核态的函数调用关系如下所示:

User32!SendInput

    -->user32!NtUserSendInput

        -->win32k.sys!NtUserSendInput

            -->win32k.sys!xxxSendInput

                -->win32k.sys!xxxMouseEventDirect

2.通过SetCursorPos函数改变鼠标指针位置。SetCursorPos函数从用户态到内核态的函数调用关系如下:

user32!SetCursorPos

    -->user32!SetPhysicalCursorPos

        -->user32!NtUserCallTwoParam

            -->win32k.sys!NtUserCallTwoParam

                -->win32k.sys!zzzSetCursorPos

                    -->win32k.sys!zzzSetCursorPosByType

先来看SendInput,如果在IE沙箱中直接调用SendInput函数来改变鼠标指针位置的话,会返回0x5拒绝访问错误,这是因为IEShims.dll中对SendInput函数做了hook,在hook函数中做了处理。具体做处理的函数位置如下:

IEShims.dll!NS_InputQueueLowMIC::APIHook_SendInput

    --> IEFRAME!FrameUtilExports::PreSendInput

        --> ShimHelper::PreSendInput

这个hook很容易绕过,我们直接调用NtUserSendInput即可,不过这个函数没有导出,需要通过函数偏移硬编码它的地址。

直接调用NtUserSendInput,该函数不返回错误,但是鼠标指针的位置并没有改变。究其原因,函数调用的失败是由于UIPI( User Interface Privilege Isolation )的限制。调用SetCursorPos函数也会出现相同的情况。

UIPI是从Windows Vista开始系统新加入的一项安全特性,它在Windows内核中实现,具体位置如下:

win32k! CheckAccessForIntegrityLevel

在Win8.1上,这个函数的逻辑如下:

signed int __stdcallCheckAccessForIntegrityLevelEx(
        unsigned   intCurrentProcessIntegrityLevel,
        int        CurrentIsAppContainer,
        unsigned   intTargetProcessIntegrityLevel,
        int        TargetIsAppContainer)
{
        signed int result;
        if ( gbEnforceUIPI && 
                 CurrentProcessIntegrityLevel < TargetProcessIntegrityLevel )
                result = 0;
        else if ( gbEnforceUIPI && 
                         CurrentProcessIntegrityLevel == TargetProcessIntegrityLevel )
                result = (CurrentIsAppContainer == TargetIsAppContainer ||
                                    TargetIsAppContainer == -1 ||
                                    CurrentIsAppContainer == -1) ||
                                    SeIsParentOfChildAppContainer(
                                            gSessionId,
                                            CurrentIsAppContainer,
                                            TargetIsAppContainer);
        else
                result = 1;
        return result;
}

这个函数首先判断源进程和目标进程的Integrity Level,若源IL小于目标IL,则拒绝;若源IL大于目标IL,则允许。接着判断AppContainer属性,若源和目标的IL相等,且均运行在AppContainer中,则判断二者是否满足SeIsParentOfChildAppContainer函数的约束,满足则允许,否则拒绝。

注:ProcessIntegrityLevel和IsAppContainer参数都是从EPROCESS->Win32Process结构中取出来的,这是一个内部结构。SeIsParentOfChildAppContainer是ntoskrnl中的一个内部函数。

0x06 总结

本文详细解析了IE沙箱对于拖拽操作的安全策略,先后分析了IE沙箱的拖拽限制策略、Explorer进程在拖拽限制上存在的问题、ole32.dll实现拖拽的内部原理、IE在沙箱中实现拖拽操作的原理和IE沙箱对拖拽操作进行安全限制的具体位置和实现细节。IE沙箱通过在IEShims.dll中hook特定函数和借助系统的UIPI特性(Windows Vista以上)对拖拽操作进行了有效的安全限制。

参考资料

[1] Understanding and Working in Protected Mode Internet Explorer https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb250462
[2] OLE Drag and Drop http://www.catch22.net/tuts/ole-drag-and-drop
[3] How to Implement Drag and Drop between Your Program and Explorer http://www.codeproject.com/Articles/840/How-to-Implement-Drag-and-Drop-Between-Your-Progra
[4] WINDOWS VISTA UIPI https://www.coseinc.com/en/index.php?rt=download&act=publication&file=Vista_UIPI.ppt.pdf

致谢

感谢Wins0n在ole32逆向上的帮助;

感谢FlowerCode在思路和技术难点上的指点。