Windows圖像解析Fuzzing（一）：顏色配置文件

作者：41yf1sh 2020-10-20 10:12:00

：圖像解析和渲染是任何現代操作系統的基礎功能。同時，這一功能可以導致遠程代碼執行或信息泄露風險，對攻擊者來說非常有價值。

一、概述

圖像解析和渲染是任何現代操作系統（OS）的基礎功能。同時，圖像解析也是一個易于訪問的攻擊面，這一功能可以導致遠程代碼執行或信息泄露風險，對攻擊者來說非常有價值。在這一系列文章中，我將回顧Windows操作系統內置的圖像解析器和相關文件格式，特別關注構建工具、尋找語料庫（Corpus）以及通過模糊測試（Fuzzing）發現漏洞的過程。在第一部分中，我們重點分析顏色配置文件。該文件并不是圖像格式本身，而是規則嵌入在圖像中的顏色。

二、ICC顏色配置文件分析

在維基百科上，提供了對ICC顏色配置文件的定義：“在顏色管理過程中，根據國際顏色協會（ICC）發布的標準，ICC配置文件是一組定義顏色輸入輸出設備以及顏色空間的數據。配置文件通過定義設備源或目標顏色空間與配置文件連接空間（PCS）之間的映射，描述特定設備的顏色屬性或預覽要求。這里的PCS可以是CIELAB (L*a*b*)，或者是CIEXYZ。可以使用定義插值（Interpolation）的表格來指定映射，也可以通過一系列參數進行轉換。

簡而言之，ICC顏色配置文件是一個二進制文件，該文件會嵌入到圖像中，并在ICC支持的軟件處理圖像時進行解析。

三、ICC規范

ICC規范大概有100頁，相對比較容易瀏覽。通讀規范可以更好地理解文件格式，不同類型的顏色配置文件以及顏色轉換背后的數學原理。此外，了解文件格式的內部結構可以為我們提供信息，以便更好地優化模糊測試、選擇良好的語料庫以及準備模糊測試的字典。

四、關于Windows顏色管理

從Windows 95開始，發布了圖像顏色管理（ICM）的1.0版本，從Windows 98以后開始發布2.0版本。從Windows Vista開始，對Windows色彩系統（WCS）1.0版本進行了大幅改動。ICC顏色配置文件是二進制文件，而WCS顏色配置文件則使用XML作為其文件格式。在這篇文章中功能，我們專注于分析ICC顏色配置文件。

Microsoft曾發布過支持的Windows API的列表，其中就包含一些名稱非常明顯的API，例如OpenColorProfile，我們可以看到它是在MSCMS.dll中實現的。這個DLL是通用入口點，支持加載Microsoft的顏色管理模塊（CMM）和第三方顏色管理模塊（例如Adobe的CMM）。Microsoft的CMM（即ICM）可以在system32目錄中找到，名稱為ICM32.dll。

ICM32：

Windows圖像解析Fuzzing（一）：顏色配置文件

Windows的CMM是在Windows 95時代由第三方編寫的，發展至今仍然或多或少地包含當時的代碼，但已經經過了數十年來的安全修復。既然是如此古老的模塊，我們就有希望在其中發現新的漏洞。但是，這也是一個非常小的模塊，可能經過了多輪審計和模糊測試，包括內部產品安全團隊和外部研究人員，這個事實在一定程度上降低了我們找到漏洞的希望。我們檢索近期發現的ICM32漏洞，可以發現Project Zero和ZDI的研究人員在2017-2018年期間發現了多個漏洞，但從2019年開始就沒有找到更多的研究成果。

五、構建工具

盡管在MSDN上有ICM API的列表，但我們需要找到Windows用于所有ICC相關操作的API序列。要查找API序列，一種方式是搜索Windows DLL和EXE的反匯編并尋找用到的顏色配置文件API，另一種方式是找到適用于開源色彩管理系統（例如Little CMS，LCMS）的工具。使用這兩種方式，最終共同指向了很少的幾個API，這些API具有打開顏色配置文件和創建顏色轉換的功能。

基于上述信息，我編寫了一個簡單的初始工具：

#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、尋找語料庫和字典

在互聯網上，可以找到大量提供顏色配置文件的網站。顏色配置文件的另一個主要來源是圖像。有許多圖像文件都包含顏色配置文件，但需要一些工具將顏色配置文件轉儲到單獨的文件中。

簡單瀏覽規范，我們還可以保證語料庫至少包含來自7個不同顏色配置文件的所有樣本。而將它與代碼覆蓋率信息結合，可以準備第一套語料，用于模糊測試。

我們可以在梳理規范的過程中，創建唯一標簽名稱和對應值的列表，從而準備字典，幫助模糊工具查找其他代碼路徑。另外，還可以從LCMS這樣的開源模糊測試嘗試過程中找到字典。

七、模糊測試

我使用16核主機對第一套語料進行模糊處理，同時將來自MSCMS.dll和ICM32.dll的代碼覆蓋率信息作為我的模糊工具的反饋。在幾天后，開始出現崩潰。

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

在嘗試越界讀取時，icm32!SwapShortOffset中發生了以下崩潰：

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讀取無符號的短值，對其進行bswap，并將它們存儲在相同的位置，這會導致讀寫原語崩潰。

反編譯的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; 
}

崩潰的函數icm32!SwapShortOffset并不能立即指向導致該問題的根本原因。為此，我們需要查看icm32!InitNamedColorProfileData。

反編譯的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)

在這里，代碼嘗試讀取“ncl2”標簽/元素，并從文件中獲取流的大小。一個緩沖區會被分配，并再次進行相同的調用，以讀取元素ncl2的完整內容。該緩沖區將被解析，以查找設備位置的計數和編號，并通過確保讀寫操作位于緩沖區大小中來驗證該值。其中存在一個漏洞，用于驗證的偏移量（0x51）小于緩沖區指針的偏移量（0x54），該漏洞導致可以超過邊界讀寫3個字節。

該漏洞的修復方法非常簡單，將用于驗證的偏移量修改為0x54即可，這也是Microsoft實際修復此漏洞的方式。

九、其他漏洞

在分析上面的漏洞時，我們發現過程中會使用到CMGetPartialProfileElement函數讀取大小、進行分配和讀取內容。而這種模式可能會引入漏洞，例如大小不受限制、整數溢出、導致偏移量增加等。我決定分析這個函數，并尋找ICM32.dll中是否存在這樣的實例。

最終發現有3個實例具有未經檢查的偏移量訪問，分別是：CMConvIndexToNameProfile、CMConvNameToIndexProfile和CMGetNamedProfileInfoProfile。所有這些函數都可以通過導出的、有詳細說明的MSCMS函數進行訪問，分別是ConvertIndexToColorName、CMConvertColorNameToIndex和GetNamedProfileInfo。

反編譯后的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和其他兩個函數中，我們發現了漏洞，并沒有檢查ncl2元素的最小長度，且偏移量12和16可以直接訪問以進行讀取和寫入。那么如果allocBuffer的大小小于12，就可以實現對allocBuffer的越界讀寫。

由于在Windows中沒有二進制文件使用這些函數，因此Microsoft決定不會立即修復這三個漏洞。此外，我們也沒有找到使用這些API的任何Windows軟件或第三方軟件。

十、總結

在這一系列文章的第一部分中，我們對顏色配置文件進行了深入分析，編寫工具并成功找到了多個漏洞。請大家繼續關注第二部分，在第二部分中，我們將分析很少有人研究的一類漏洞——內存未初始化漏洞。

本文翻譯自：https://www.fireeye.com/blog/threat-research/2020/09/fuzzing-image-parsing-in-windows-color-profiles.html如若轉載，請注明原文地址。

責任編輯：姜華來源：嘶吼網

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