關于OpenSSL“心臟出血”漏洞的分析
當我分析GnuTLS的漏洞的時候，我曾經(jīng)說過，那不會是我們看到的最后一個TLS棧上的嚴重bug。然而我沒想到這次OpenSSL的bug會如此嚴重。
OpenSSL“心臟出血”漏洞是一個非常嚴重的問題。這個漏洞使攻擊者能夠從內(nèi)存中讀取最多64 KB的數(shù)據(jù)。一些安全研究員表示：
無需任何特權信息或身份驗證，我們就可以從我們自己的(測試機上)偷來X.509證書的私鑰、用戶名與密碼、聊天工具的消息、電子郵件以及重要的商業(yè)文檔和通信等數(shù)據(jù)。
這一切是如何發(fā)生的呢?讓我們一起從代碼中一探究竟吧。
0x01 Bug
請看ssl/dl_both.c，漏洞的補丁從這行語句開始：
- int
- dtls1_process_heartbeat(SSL *s)
- {
- unsigned char *p = &s->s3->rrec.data[0], *pl;
- unsigned short hbtype;
- unsigned int payload;
- unsigned int padding = 16; /* Use minimum padding */
一上來我們就拿到了一個指向一條SSLv3記錄中數(shù)據(jù)的指針。結構體SSL3_RECORD的定義如下(譯者注：結構體SSL3_RECORD不是SSLv3記錄的實際存儲格式。一條SSLv3記錄所遵循的存儲格式請參見下文分析)：
- typedef struct ssl3_record_st
- {
- int type; /* type of record */
- unsigned int length; /* How many bytes available */
- unsigned int off; /* read/write offset into 'buf' */
- unsigned char *data; /* pointer to the record data */
- unsigned char *input; /* where the decode bytes are */
- unsigned char *comp; /* only used with decompression - malloc()ed */
- unsigned long epoch; /* epoch number, needed by DTLS1 */
- unsigned char seq_num[8]; /* sequence number, needed by DTLS1 */
- } SSL3_RECORD;
每條SSLv3記錄中包含一個類型域(type)、一個長度域(length)和一個指向記錄數(shù)據(jù)的指針(data)。我們回頭去看dtls1_process_heartbeat：
- /* Read type and payload length first */
- hbtype = *p++;
- n2s(p, payload);
- pl = p;
SSLv3記錄的第一個字節(jié)標明了心跳包的類型。宏n2s從指針p指向的數(shù)組中取出前兩個字節(jié)，并把它們存入變量payload中——這實際上是心跳包載荷的長度域(length)。注意程序并沒有檢查這條SSLv3記錄的實際長度。變量pl則指向由訪問者提供的心跳包數(shù)據(jù)。
這個函數(shù)的后面進行了以下工作：
- unsigned char *buffer, *bp;
- int r;
- /* Allocate memory for the response, size is 1 byte
- * message type, plus 2 bytes payload length, plus
- * payload, plus padding
- */
- buffer = OPENSSL_malloc(1 + 2 + payload + padding);
- bp = buffer;
所以程序將分配一段由訪問者指定大小的內(nèi)存區(qū)域，這段內(nèi)存區(qū)域最大為 (65535 + 1 + 2 + 16) 個字節(jié)。變量bp是用來訪問這段內(nèi)存區(qū)域的指針。
- /* Enter response type, length and copy payload */
- *bp++ = TLS1_HB_RESPONSE;
- s2n(payload, bp);
- memcpy(bp, pl, payload);
宏s2n與宏n2s干的事情正好相反：s2n讀入一個16 bit長的值，然后將它存成雙字節(jié)值，所以s2n會將與請求的心跳包載荷長度相同的長度值存入變量payload。然后程序從pl處開始復制payload個字節(jié)到新分配的bp數(shù)組中——pl指向了用戶提供的心跳包數(shù)據(jù)。最后，程序將所有數(shù)據(jù)發(fā)回給用戶。那么Bug在哪里呢?
0x01a 用戶可以控制變量payload和pl
如果用戶并沒有在心跳包中提供足夠多的數(shù)據(jù)，會導致什么問題?比如pl指向的數(shù)據(jù)實際上只有一個字節(jié)，那么memcpy會把這條SSLv3記錄之后的數(shù)據(jù)——無論那些數(shù)據(jù)是什么——都復制出來。
很明顯，SSLv3記錄附近有不少東西。
說實話，我對發(fā)現(xiàn)了OpenSSL“心臟出血”漏洞的那些人的聲明感到吃驚。當我聽到他們的聲明時，我認為64 KB數(shù)據(jù)根本不足以推算出像私鑰一類的數(shù)據(jù)。至少在x86上，堆是向高地址增長的，所以我認為對指針pl的讀取只能讀到新分配的內(nèi)存區(qū)域，例如指針bp指向的區(qū)域。存儲私鑰和其它信息的內(nèi)存區(qū)域的分配早于對指針pl指向的內(nèi)存區(qū)域的分配，所以攻擊者是無法讀到那些敏感數(shù)據(jù)的。當然，考慮到現(xiàn)代malloc的各種神奇實現(xiàn)，我的推斷并不總是成立的。
當然，你也沒辦法讀取其它進程的數(shù)據(jù)，所以“重要的商業(yè)文檔”必須位于當前進程的內(nèi)存區(qū)域中、小于64 KB，并且剛好位于指針pl指向的內(nèi)存塊附近。
研究者聲稱他們成功恢復了密鑰，我希望能看到PoC。如果你找到了PoC，請聯(lián)系我。
0x01b 漏洞修補
修復代碼中最重要的一部分如下：
- /* Read type and payload length first */
- if (1 + 2 + 16 > s->s3->rrec.length)
- return 0; /* silently discard */
- hbtype = *p++;
- n2s(p, payload);
- if (1 + 2 + payload + 16 > s->s3->rrec.length)
- return 0; /* silently discard per RFC 6520 sec. 4 */
- pl = p;
這段代碼干了兩件事情：首先第一行語句拋棄了長度為0的心跳包，然后第二步檢查確保了心跳包足夠長。就這么簡單。
0x02 前車之鑒
我們能從這個漏洞中學到什么呢?
我是C的粉絲。這是我最早接觸的編程語言，也是我在工作中使用的第一門得心應手的語言。但是和之前相比，現(xiàn)在我更清楚地看到了C語言的局限性。
從GnuTLS漏洞和這個漏洞出發(fā)，我認為我們應當做到下面三條：
花錢請人對像OpenSSL這樣的關鍵安全基礎設施進行安全審計;
為這些庫寫大量的單元測試和綜合測試;
開始在更安全的語言中編寫替代品。
考慮到使用C語言進行安全編程的困難性，我不認為還有什么其他的解決方案。我會試著做這些，你呢?
作者簡介：Sean是一位關于如何把事兒干好的軟件工程師。現(xiàn)在他在Squadron工作。Squadron是一個專為SaaS應用程序準備的配置與發(fā)布管理工具。
測試版本的結果以及檢測工具：
OpenSSL 1.0.1 through 1.0.1f (inclusive) are vulnerable
OpenSSL 1.0.1g is NOT vulnerable
OpenSSL 1.0.0 branch is NOT vulnerable
OpenSSL 0.9.8 branch is NOT vulnerable
http://filippo.io/Heartbleed/
原文地址：http://blog.existentialize.com/diagnosis-of-the-openssl-heartbleed-bug.html
