fusee-gelee

Реализация эксплойта Fusee Gelee (CVE-2018-6242) для Nintendo Switch, основанная на уязвимости, раскрытой Kate Temkin / ReSwitched в марте 2018 года.

Запускает произвольную полезную нагрузку (например, hekate) на устройстве с Tegra X1 в режиме USB Recovery (RCM), полностью обходя проверку подписи загрузочного ПЗУ.

Предыстория

Что такое RCM?

RCM (Recovery Mode) — это USB-протокол восстановления, встроенный в загрузочное ПЗУ Tegra X1. NVIDIA разработала его для загрузки небольших программ («апплетов») на устройство с целью диагностики или ремонта — например, когда Switch не может найти действительный загрузчик на своём накопителе.

На Nintendo Switch вход в RCM осуществляется путём замыкания контактов 1 и 10 на направляющей правого контроллера при включении. В обычном режиме использовать RCM может только NVIDIA — все команды должны быть подписаны закрытым ключом RSA NVIDIA, и загрузочное ПЗУ проверяет подписи перед выполнением.

Два протокольных уровня

Эксплойт работает в двух независимых протокольных уровнях, которые разделяют IRAM (внутреннюю память на кристалле):

USB-уровень (стандартный, EP0): Каждое USB-устройство имеет управляющую конечную точку (EP0), которая обрабатывает стандартные запросы, такие как GET_STATUS, GET_DESCRIPTOR, SET_ADDRESS. Загрузочное ПЗУ реализует их в соответствии с требованиями спецификации USB 2.0. EP0 неявна — она не отображается в дескрипторах конечных точек устройства.

RCM-уровень (собственный протокол NVIDIA, EP1): NVIDIA определяет bulk-конечную точку (EP1) для передачи команд и полезных нагрузок RCM. EP1 отображается в дескрипторе устройства как два направления:

• 0x01 = OUT (хост отправляет данные устройству)
• 0x81 = IN (устройство отправляет данные хосту)

Данные, отправляемые через EP1, имеют следующую структуру:

[680-байтовый заголовок RCM-команды] [байты полезной нагрузки]

680-байтовый заголовок представляет собой структуру rcm_msg_t — собственную структуру NVIDIA, содержащую модуль/подпись RSA, ECID, код операции и другие поля. Этот размер был определён путём обратной разработки загрузочного ПЗУ Tegra X1 (см. базу данных IDA от q3k). Открытый исходный код NVIDIA tegrarcm документирует только до 644 байт (Tegra124); вариант T210 на 36 байт больше.

Уязвимость

В обработчике управляющих запросов EP0 загрузочного ПЗУ есть ошибка в реализации GET_STATUS для получателей ENDPOINT. Из технического описания Temkin:

// ОШИБКА: должно быть size_to_tx = sizeof(status), т.е. 2 байта
size_to_tx = length_read;  // задаётся атакующим через wLength, до 65535

data_to_tx = &status;      // uint16_t на стеке

memcpy(dma_buffer, data_to_tx, size_to_tx);

memcpy читает из &status (стековая переменная чуть ниже 0x40010000) и записывает в DMA-буфер (по адресу 0x40009000). При чрезмерной длине:

• Источник: чтение за пределами &status, через остальную часть стека, до контролируемой атакующим области полезной нагрузки по адресу 0x40010000+ (размещённой там через bulk-запись EP1).
• Назначение: запись за пределами DMA-буфера, переполнение через IRAM и в сам стек, перезапись адресов возврата.

Данные источника включают «stack spray» (повторяющийся 0x40010000), который записывается поверх адресов возврата стека. Когда обработчик возвращается, выполнение переходит на 0x40010000 — где мы разместили небольшой заглушку-релокатор под названием intermezzo.

Это происходит во время цикла приёма RCM (внутри handle_control_requests), до того, как загрузочное ПЗУ вообще проверит подписи. Протокол RCM — это механизм доставки; обработчик USB-управления — триггер.

Карта памяти IRAM

0x40005000  +------------------+
            | DMA-буфер LOW    |  Контроллер USB записывает сюда нечётные пакеты
0x40009000  +------------------+
            | DMA-буфер HIGH   |  Контроллер USB записывает сюда чётные пакеты
            +------------------+
            | стек выполнения  |  растёт вниз к DMA-буферам
0x40010000  +------------------+  <-- стек заканчивается / начинается полезная нагрузка
            | intermezzo       |  маленькая заглушка-релокатор (124 байта)
0x40010E40  +------------------+
            | полезная нагрузка pt1 |  первые ~16 КБ полезной нагрузки
0x40014E40  +------------------+
            | stack spray      |  0x40010000 повторяется (8640 байт)
0x40017000  +------------------+
            | полезная нагрузка pt2 |  оставшаяся часть полезной нагрузки
            +------------------+

Полезная нагрузка разделена вокруг stack-spray, потому что spray должен располагаться так, чтобы переполнение скопировало его поверх адресов возврата стека. Intermezzo собирает две половины в непрерывный блок по адресу 0x40010000 и переходит к нему.

Последовательность эксплойта

1. Найти устройство по VID/PID (0x0955:0x7321) через стандартное USB-перечисление
2. Прочитать 16-байтовый идентификатор устройства через EP1 IN — рукопожатие RCM
3. Отправить полезную нагрузку через bulk-запись EP1 OUT — загрузочное ПЗУ копирует каждый пакет из DMA-буферов в IRAM по адресу 0x40010000+, размещая наш intermezzo, полезную нагрузку и stack spray
4. Убедиться, что последняя запись была направлена в HIGH DMA-буфер (0x40009000)
5. Отправить управляющий запрос GET_STATUS на EP0 с wLength=0x7000 — это запускает уязвимый memcpy, stack spray перезаписывает адреса возврата, и обработчик возвращается в intermezzo
6. Intermezzo собирает разделённую полезную нагрузку в непрерывный блок и переходит к нему
7. Произвольное выполнение кода на BPMP до любых блокировок предохранителей или снижения привилегий

Использование

pip install pyusb
python launcher.py

Требуется Switch в режиме RCM, подключённый через USB. На macOS может потребоваться brew install libusb.

Поместите бинарный файл полезной нагрузки в binaries/payload.bin. Включённый intermezzo.bin обрабатывает перемещение полезной нагрузки и замены не требует.

Файлы

• launcher.py — скрипт эксплойта
• binaries/intermezzo.bin — заглушка-релокатор (124 байта), собирает разделённую полезную нагрузку
• binaries/payload.bin — исполняемая полезная нагрузка (например, hekate)

Ссылки

• Техническое описание Fusee Gelee (Kate Temkin)
• База данных IDA загрузочного ПЗУ Tegra X1 (q3k / fail0verflow)
• Заголовки RCM NVIDIA tegrarcm
• ShofEL2 (fail0verflow)