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Windows图像解析Fuzzing（一）：颜色配置文件

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一、概述

图像解析和渲染是任何现代操作系统（OS）的基础功能。同时，图像解析也是一个易于访问的攻击面，这一功能可以导致远程代码执行或信息泄露风险，对攻击者来说非常有价值。在这一系列文章中，我将回顾Windows操作系统内置的图像解析器和相关文件格式，特别关注构建工具、寻找语料库（Corpus）以及通过模糊测试（Fuzzing）发现漏洞的过程。在第一部分中，我们重点分析颜色配置文件。该文件并不是图像格式本身，而是规则嵌入在图像中的颜色。

二、ICC颜色配置文件分析

在维基百科上，提供了对ICC颜色配置文件的定义：“在颜色管理过程中，根据国际颜色协会（ICC）发布的标准，ICC配置文件是一组定义颜色输入输出设备以及颜色空间的数据。配置文件通过定义设备源或目标颜色空间与配置文件连接空间（PCS）之间的映射，描述特定设备的颜色属性或预览要求。这里的PCS可以是CIELAB (L*a*b*)，或者是CIEXYZ。可以使用定义插值（Interpolation）的表格来指定映射，也可以通过一系列参数进行转换。

简而言之，ICC颜色配置文件是一个二进制文件，该文件会嵌入到图像中，并在ICC支持的软件处理图像时进行解析。

三、ICC规范

ICC规范大概有100页，相对比较容易浏览。通读规范可以更好地理解文件格式，不同类型的颜色配置文件以及颜色转换背后的数学原理。此外，了解文件格式的内部结构可以为我们提供信息，以便更好地优化模糊测试、选择良好的语料库以及准备模糊测试的字典。

四、关于Windows颜色管理

从Windows 95开始，发布了图像颜色管理（ICM）的1.0版本，从Windows 98以后开始发布2.0版本。从Windows Vista开始，对Windows色彩系统（WCS）1.0版本进行了大幅改动。ICC颜色配置文件是二进制文件，而WCS颜色配置文件则使用XML作为其文件格式。在这篇文章中功能，我们专注于分析ICC颜色配置文件。

Microsoft曾发布过支持的Windows API的列表，其中就包含一些名称非常明显的API，例如OpenColorProfile，我们可以看到它是在MSCMS.dll中实现的。这个DLL是通用入口点，支持加载Microsoft的颜色管理模块（CMM）和第三方颜色管理模块（例如Adobe的CMM）。Microsoft的CMM（即ICM）可以在system32目录中找到，名称为ICM32.dll。

ICM32：

1.png

Windows的CMM是在Windows 95时代由第三方编写的，发展至今仍然或多或少地包含当时的代码，但已经经过了数十年来的安全修复。既然是如此古老的模块，我们就有希望在其中发现新的漏洞。但是，这也是一个非常小的模块，可能经过了多轮审计和模糊测试，包括内部产品安全团队和外部研究人员，这个事实在一定程度上降低了我们找到漏洞的希望。我们检索近期发现的ICM32漏洞，可以发现Project Zero和ZDI的研究人员在2017-2018年期间发现了多个漏洞，但从2019年开始就没有找到更多的研究成果。

五、构建工具

尽管在MSDN上有ICM API的列表，但我们需要找到Windows用于所有ICC相关操作的API序列。要查找API序列，一种方式是搜索Windows DLL和EXE的反汇编并寻找用到的颜色配置文件API，另一种方式是找到适用于开源色彩管理系统（例如Little CMS，LCMS）的工具。使用这两种方式，最终共同指向了很少的几个API，这些API具有打开颜色配置文件和创建颜色转换的功能。

基于上述信息，我编写了一个简单的初始工具：

#include < stdio.h >
#include < Windows.h >
#include < Icm.h >
#pragma comment(lib, "mscms.lib")
int main(int argc, char** argv)
{
    char dstProfilePath[] = "sRGB Color Space Profile.icm";
    tagPROFILE destinationProfile;
    HPROFILE   hDstProfile = nullptr;  
    destinationProfile.dwType = PROFILE_FILENAME;
    destinationProfile.pProfileData = dstProfilePath;
    destinationProfile.cbDataSize = (strlen(dstProfilePath) + 1);
    hDstProfile = OpenColorProfileA(&destinationProfile, PROFILE_READ,
        FILE_SHARE_READ, OPEN_EXISTING);
    if (nullptr == hDstProfile)
    {
        return -1;
    }  
    tagPROFILE sourceProfile;
    HPROFILE   hSrcProfile = nullptr;
    HTRANSFORM hColorTransform = nullptr;    
    DWORD dwIntent[] = { INTENT_PERCEPTUAL, INTENT_PERCEPTUAL };
    HPROFILE hProfileList[2];  
    sourceProfile.dwType = PROFILE_FILENAME;
    sourceProfile.pProfileData = argv[1];
    sourceProfile.cbDataSize = (strlen(argv[1]) + 1);
    hSrcProfile = OpenColorProfileA(&sourceProfile, PROFILE_READ,
        FILE_SHARE_READ, OPEN_EXISTING);
    if (nullptr == hSrcProfile)
    {
        return -1;
    }  
    hProfileList[0] = hSrcProfile;
    hProfileList[1] = hDstProfile;
    hColorTransform = CreateMultiProfileTransform(
        hProfileList,
        2,
        dwIntent,
        2,
        USE_RELATIVE_COLORIMETRIC | BEST_MODE,
        INDEX_DONT_CARE
    );
    if (nullptr == hColorTransform)
    {
        return -1;
    }  
    DeleteColorTransform(hColorTransform);
    CloseColorProfile(hSrcProfile);
    CloseColorProfile(hDstProfile);
    return 0;
}

六、寻找语料库和字典

在互联网上，可以找到大量提供颜色配置文件的网站。颜色配置文件的另一个主要来源是图像。有许多图像文件都包含颜色配置文件，但需要一些工具将颜色配置文件转储到单独的文件中。

简单浏览规范，我们还可以保证语料库至少包含来自7个不同颜色配置文件的所有样本。而将它与代码覆盖率信息结合，可以准备第一套语料，用于模糊测试。

我们可以在梳理规范的过程中，创建唯一标签名称和对应值的列表，从而准备字典，帮助模糊工具查找其他代码路径。另外，还可以从LCMS这样的开源模糊测试尝试过程中找到字典。

七、模糊测试

我使用16核主机对第一套语料进行模糊处理，同时将来自MSCMS.dll和ICM32.dll的代码覆盖率信息作为我的模糊工具的反馈。在几天后，开始出现崩溃。

八、CVE-2020-1117：InitNamedColorProfileData中的堆溢出

在尝试越界读取时，icm32!SwapShortOffset中发生了以下崩溃：

0:000 > r
rax=0000023690497000 rbx=0000000000000000 rcx=00000000000000ff
rdx=000000000000ffff rsi=0000023690496f00 rdi=0000023690496fee
rip=00007ffa46bf3790 rsp=000000c2a56ff5a8 rbp=0000000000000001
 r8=0000000000000014  r9=0000023690497002 r10=0000000000000014
r11=0000000000000014 r12=000000c2a56ff688 r13=0000023690492de0
r14=000000000000000a r15=000000004c616220
iopl=0         nv up ei ng nz ac pe cy
cs=0033  ss=002b  ds=002b  es=002b  fs=0053  gs=002b             efl=00000293
icm32!SwapShortOffset+0x10:
00007ffa`46bf3790 0fb610          movzx   edx,byte ptr [rax] ds:00000236`90497000=??
 
0:000 > !heap -p -a @rax
    address 0000023690497000 found in
    _DPH_HEAP_ROOT @ 23690411000
    in busy allocation (  DPH_HEAP_BLOCK:         UserAddr         UserSize -         VirtAddr         VirtSize)
                             23690412b60:      23690496f00              100 -      23690496000             2000
    00007ffa51644807 ntdll!RtlDebugAllocateHeap+0x000000000000003f
    00007ffa515f49d6 ntdll!RtlpAllocateHeap+0x0000000000077ae6
    00007ffa5157babb ntdll!RtlpAllocateHeapInternal+0x00000000000001cb
    00007ffa51479da0 msvcrt!malloc+0x0000000000000070
    00007ffa46bf3805 icm32!SmartNewPtr+0x0000000000000011
    00007ffa46bf37c8 icm32!SmartNewPtrClear+0x0000000000000014
    00007ffa46c02d05 icm32!InitNamedColorProfileData+0x0000000000000085
    00007ffa46bf6e39 icm32!Create_LH_ProfileSet+0x0000000000004e15
    00007ffa46bf1973 icm32!PrepareCombiLUTs+0x0000000000000117
    00007ffa46bf1814 icm32!CMMConcatInitPrivate+0x00000000000001f4
    00007ffa46bf12a1 icm32!CWConcatColorWorld4MS+0x0000000000000075
    00007ffa46bf11f4 icm32!CMCreateMultiProfileTransformInternal+0x00000000000000e8
    00007ffa46bf1039 icm32!CMCreateMultiProfileTransform+0x0000000000000029
    00007ffa48f16e6c mscms!CreateMultiProfileTransform+0x000000000000024c
    00007ff774651191 ldr+0x0000000000001191
    00007ff7746514b4 ldr+0x00000000000014b4
    00007ffa505a7bd4 KERNEL32!BaseThreadInitThunk+0x0000000000000014
    00007ffa515aced1 ntdll!RtlUserThreadStart+0x0000000000000021

icm32!SwapShortOffset读取无符号的短值，对其进行bswap，并将它们存储在相同的位置，这会导致读写原语崩溃。

反编译的SwapShortOffset：

unsigned __int16 *__fastcall SwapShortOffset(void *sourceBuff, unsigned int offset, unsigned int len)
{
  unsigned __int16 *endBuff; // r9
  unsigned __int16 *result; // rax
 
  endBuff = (sourceBuff + len);
  for ( result = (sourceBuff + offset); result < endBuff; ++result )
    *result = _byteswap_ushort(*result);        // read, bswap and write
  return result;
}

崩溃的函数icm32!SwapShortOffset并不能立即指向导致该问题的根本原因。为此，我们需要查看icm32!InitNamedColorProfileData。

反编译的InitNamedColorProfileData：

__int64 __fastcall InitNamedColorProfileData(__int64 a1, void *hProfile, int a3, _DWORD *a4)
{
  ...
  ...
  errCode = CMGetPartialProfileElement(hProfile, 'ncl2', 0, pBuffSize, 0i64);      // getting size of ncl2 element
  if ( errCode )
    return errCode;
  minSize = pBuffSize[0];
  if ( pBuffSize[0] < 0x55 )
    minSize = 0x55;
  pBuffSize[0] = minSize;
  outBuff = SmartNewPtrClear(minSize, &errCode);                                    // allocating the buffer for ncl2
  ...
  ...
  errCode = CMGetPartialProfileElement(hProfile, 'ncl2', 0, pBuffSize, outBuff);    // reading ncl2 elements to buffer
  if ( !errCode )
  {
    ...
    ...
    totalSizeToRead = count * totalDeviceCoord;
    if ( totalSizeToRead < 0xFFFFFFFFFFFFFFAEui64 && totalSizeToRead + 0x51 <= pBuffSize[0] )  // totalSizeToRead + 0x51 <= element size?
    {
      currPtr = outBuff + 0x54;            // wrong offset of 0x54 is used
      ...
      ...
      do
      {  
        SwapShortOffset((currPtr + 0x20), 0, 6u);
        ...
        --count;
      }while(count)

在这里，代码尝试读取“ncl2”标签/元素，并从文件中获取流的大小。一个缓冲区会被分配，并再次进行相同的调用，以读取元素ncl2的完整内容。该缓冲区将被解析，以查找设备位置的计数和编号，并通过确保读写操作位于缓冲区大小中来验证该值。其中存在一个漏洞，用于验证的偏移量（0x51）小于缓冲区指针的偏移量（0x54），该漏洞导致可以超过边界读写3个字节。

该漏洞的修复方法非常简单，将用于验证的偏移量修改为0x54即可，这也是Microsoft实际修复此漏洞的方式。

九、其他漏洞

在分析上面的漏洞时，我们发现过程中会使用到CMGetPartialProfileElement函数读取大小、进行分配和读取内容。而这种模式可能会引入漏洞，例如大小不受限制、整数溢出、导致偏移量增加等。我决定分析这个函数，并寻找ICM32.dll中是否存在这样的实例。

最终发现有3个实例具有未经检查的偏移量访问，分别是：CMConvIndexToNameProfile、CMConvNameToIndexProfile和CMGetNamedProfileInfoProfile。所有这些函数都可以通过导出的、有详细说明的MSCMS函数进行访问，分别是ConvertIndexToColorName、CMConvertColorNameToIndex和GetNamedProfileInfo。

反编译后的CMConvIndexToNameProfile：

__int64 __fastcall CMConvIndexToNameProfile(HPROFILE hProfile, __int64 a2, __int64 a3, unsigned int a4)
{
  ...
  ...
  errCode = CMGetPartialProfileElement(hProfile, 'ncl2', 0, pBuffSize, 0i64);    // read size
  if ( !errCode )
  {
    allocBuff = SmartNewPtr(pBuffSize[0], &errCode);
    if ( !errCode )
    {
      errCode = CMGetPartialProfileElement(hProfile, 'ncl2', 0, pBuffSize, allocBuff);    // read to buffer
      if ( !errCode )
      {
        SwapLongOffset((allocBuff + 12), 0, 4u);         // 12 > *pBuffSize ?
        SwapLongOffset((allocBuff + 16), v12, v13);

在CMConvIndexToNameProfile和其他两个函数中，我们发现了漏洞，并没有检查ncl2元素的最小长度，且偏移量12和16可以直接访问以进行读取和写入。那么如果allocBuffer的大小小于12，就可以实现对allocBuffer的越界读写。

由于在Windows中没有二进制文件使用这些函数，因此Microsoft决定不会立即修复这三个漏洞。此外，我们也没有找到使用这些API的任何Windows软件或第三方软件。

十、总结

在这一系列文章的第一部分中，我们对颜色配置文件进行了深入分析，编写工具并成功找到了多个漏洞。请大家继续关注第二部分，在第二部分中，我们将分析很少有人研究的一类漏洞——内存未初始化漏洞。

本文翻译自：https://www.fireeye.com/blog/threat-research/2020/09/fuzzing-image-parsing-in-windows-color-profiles.html如若转载，请注明原文地址：