解析XP版永恒之蓝中的一个Bug

永恒之蓝漏洞刚出来时，我可以顺利搞定Windows 7，但在攻击Windows XP时我一直没有成功。我尝试了各种补丁和Service Pack的组合，但利用程序要么无法成功，要么会导致系统蓝屏。当时我没有深入研究，因为FuzzBunch（NSA泄露工具集）还有待探索许多点。
直到有一天，我在互联网上找到了一个Windows XP节点，我想尝试一下FuzzBunch。令人惊讶的是，在之一次尝试时，漏洞利用竟然成功了。
那么问题来了，为什么在我的“实验”环境中，漏洞利用无法成功，而实际环境中却可以？
这里先揭晓答案：在单核/多核/PAE CPU上NT/HAL的实现有所区别，因此导致FuzzBunch的XP系统攻击载荷无法在单核环境中使用。
 
0x01 多条利用链
大家需要知道一点，EternalBlue（永恒之蓝）有多个版本。网上已经有人详细分析了Windows 7内核的利用原理，我和JennaMagius以及sleepya_也研究过如何将其移植到Windows 10系统上。
然而对于Windows XP而言，FuzzBunch包含一个完全不同的利用链，不能使用完全相同的基本原语（比如该系统中并不存在 *** B2以及SrvNet.sys）。我在DerbyCon 8.0演讲中深入讨论过这方面内容（参考演示文稿及演讲视频）。
在Windows XP上，KPCR（Kernel Processor Control Region）启动处理器为静态结构，为了执行shellcode，我们需要覆盖KPRCB.PROCESSOR_POWER_STATE.IdleFunction的值。
 
0x02 载荷工作方式
事实证明，漏洞利用在实验环境中没有问题，出现问题的是FuzzBunch的攻击载荷。
ring 0 shellcode主要会执行如下几个步骤：
1、使用现在已弃用的 KdVersionBlock技巧获得nt及hal地址；
2、解析利用过程中需要用到的一些函数指针，如hal!HalInitializeProcessor；
3、恢复在漏洞利用过程中被破坏的KPCR/KPRCB启动处理器结构体；
4、运行DoublePulsar，利用 *** B服务安装后门；
5、恢复正常状态执行流程（nt!PopProcessorIdle）。
单核分支异常
在IdleFunction分支以及+0x170进入shellcode处（经过XOR/Base64 shellcode解码器初始处理之后）设置硬件断点（hardware breakpoint）后，我们可以看到搭载多核处理器主机的执行分支与单核主机有所不同。
kd> ba w 1 ffdffc50 "ba e 1 poi(ffdffc50)+0x170;g;"
多核主机上能找到指向hal!HalInitializeProcessor的一个函数指针。

该函数可能用来清理处于半损坏状态的KPRCB。
单核主机上并没有找到hal!HalInitializeProcessor，sub_547返回的是NULL。攻击载荷无法继续运行，会尽可能将自身置零来清理现场，并且会设置ROP链来释放某些内存，恢复执行流程。

注意：shellcode成功执行后，也会在首次安装DoublePulsar后执行此操作。
 
0x03 根源分析
shellcode函数sub_547无法在单核CPU主机上正确找到hal!HalInitializeProcessor的地址，因此会强制终止整个载荷执行过程。我们需要逆向分析shellcode函数，找到攻击载荷失败的确切原因。
这里内核shellcode中存在一个问题，没有考虑到Windows XP上所有可用的不同类型的NT内核可执行文件。更具体一点，多核处理器版的NT程序（比如ntkrnlamp.exe）可以正常工作，而单核版的（如ntoskrnl.exe）会出现问题。同样，halmacpi.dll与halacpi.dll之间也存在类似情况。
NT迷局
sub_547所执行的之一个操作是获取NT程序所使用的HAL导入函数。 攻击载荷首先会读取NT程序中0x1040偏移地址来查找HAL函数。
在多核主机的Windows XP系统中，读取这个偏移地址能达到预期效果，shellcode能正确找到hal!HalQueryRealTimeClock函数：

然而在单核主机上，程序中并没有HAL导入表，使用的是字符表：

一开始我认为这应该是问题的根本原因，但实际上这只是一个幌子，因为这里存在修正码（correction code）的问题。shellcode会检查0x1040处的值是否是位于HAL范围内的一个地址。如果不满足条件，则会将该值减去0xc40，然后以0x40增量值在HAL范围内开始搜索相关地址，直到搜索地址再次到达0x1040为止。

最终，单核版载荷会找到一个HAL函数，即hal!HalCalibratePerformanceCounter：

目前一切操作都没有问题，可以看到Equation Group（方程式组织）在能够检测不同类型的XP NT程序。
HAL可变字节表
现在shellcode已经找到了HAL中的一个函数，会尝试定位hal!HalInitializeProcessor。shellcode内置了一张表（位于0x5e7偏移处），表中包含1字节的长度字段，随后为预期的字节序列。shellcode会递增最开始发现的HAL函数地址，将新函数的前0x20字节与表中字节进行对比。
我们可以在多核版的HAL中找到待定位的5字节数据：