AMNESIA33：开源TCP/IP协议栈系列误差剖析与验证
宣布时间 2020-12-14前言
近期，外洋清静研究职员在多个被普遍使用的开源TCP/IP协议栈发明了多个误差，这一系列误差统称为AMNESIA33 。这些误差普遍保存于嵌入式和物联网装备中，影响了多个行业领域（包括医疗、运输、能源、电信、工业控制、零售和商业等），现在已知规模内涉及了超150家供应商以及数以百万计的装备 。与URGEN11和Ripple20差别的是，AMNESIA33影响的是多个开源TCP/IP协议栈，因此这些误差可以悄无声息地影响到无数个代码库、开发团队与各个公司的产品 。现在已知的误差涉及到了智能家居、工厂PLC、SCADA装备与工控交流机，电力监控等装备 。
这些误差保存于uIP、FNET、picoTCP和Nut/Net等开源协议栈上，影响TCP/IP协议栈的多个组件，包括DNS、IPv6、IPv4、TCP、ICMP、LLMNR和mDNS等 。其中包括多个严重误差，它们的CVE编号划分为CVE-2020-17437、CVE-2020-17443、CVE-2020-24338、CVE-2020-24336、CVE-2020-25111 。
CVE-2020-17437（CVSS评分8.2）、CVE-2020-17443（CVSS评分8.2）可导致装备拒绝服务 。CVE-2020-24338、CVE-2020-24336、CVE-2020-25111（这三个CVSS评分均为9.8）都可导致远程代码执行(RCE) 。其它28个误差的严重水平各异，CVSS评分划分从4到8.2 。
由于IoT、OT、IT装备供应链的特征，误差影响的装备众多，影响规模广且一连时间长，误差修复的实验较难题 。同时，由于uIP、picoTCP开源协议栈已经不再维护，以是部分误差没有补丁，许多产品只能寻找替换手艺计划或者是增添提防步伐 。
关于这些误差的提防缓解步伐，我们建议接纳如下几个步伐：
● 设置内网装备的DNS服务器为内网DNS服务器 。
● 使用漏扫产品识别出接纳问题协议栈的装备资产，对组织内可能保存问题的IoT、OT和IT装备举行危害评估 。
● 防火墙及IPS产品加入AMNESIA33误差攻击识别特征，监控恶意流量 。
● 尽可能更新相关受影响协议栈到最新版本 。
下表是部分已经修复的协议栈及版本：
TCP/IP协议栈 | 修复版本 |
FNET | 4.70及以上 |
uIP-Contiki-NG | 4.6.0及以上 |
Nut/Net | 5.1及以上 |
CISA同盟分享了13个涉及到AMNESIA33误差的公司的产品修复建议，包括了Microchip、Siemens等公司的产品，详见参考链接[5] 。
1、DNS协议剖析
DNS的请求和响应的基本单位是DNS报文（Message） 。请求和响应的DNS报文结构是完全相同的，每个报文都由以下五段（Section）组成：
DNS Header是每个DNS报文都必需拥有的一部分，它的长度牢靠为12个字节 。Question部分存放的是向服务器盘问的域名数据，一样平常情形下它只有一条Entry 。每个Entry的名堂是相同的，如下所示：
QNAME是由labels序列组成的域名 。QNAME的名堂使用DNS标准名称体现法 。这个字段是变长的，因此有可能泛起奇数个字节，但不举行补齐 。DNS使用一种标准名堂对域名举行编码 。它由一系列的label（和域名中用.支解的label差别）组成 。每个label首字节的高两位用于体现label的类型 。RFC1035中分派了四个内里的两个，划分是：00体现的通俗label，11（0xC0）体现的压缩label 。
Answer、Authority和Additional三个段的名堂是完全相同的，都是由零至多条Resource Record（资源纪录）组成 。这些资源纪录由于差别的用途而被脱离存放 。Answer对应盘问请求中的Question，Question中的请求盘问效果会在Answer中给出，若是一个响应报文的Answer为空，说明这次盘问没有直接获得效果 。
RR(Resource Record)资源纪录是DNS系统中很是主要的一部分，它拥有一个变长的结构，详细名堂如下：
● NAME：它指定该条纪录对应的是哪个域名，名堂使用DNS标准名称体现法
● TYPE：资源纪录的类型 。
● CLASS：对应Question的QCLASS，指定请求的类型，常用值为IN，值为0x001 。
● TTL(Time To Live)资源的有用期：体现你可以将该条RR缓存TLL秒，TTL为0体现该RR不可被缓存 。TTL是一个4字节有符号数，可是只使用它大于即是0的部分 。
● RDLENGTH：一个两字节非负整数，用于指定RDATA部分的长度（字节数） 。
● RDATA：体现一个长度和结构都可变的字段，它的详细结构取决于TYPE字段指定的资源类型 。
DNS响应包如下图所示：
从上图中可知，该Answers区段中保存9个资源纪录，红框中体现的是主机地址（A类型）资源纪录 。
域标签label在DNS数据包里被编码，每个通俗标签的第一个字节代表这个标签的长度，剩下的字母数字字符为标签自己(一些特殊字符也是可以的)，可是最终最后的字符一定是以空字节最后(即0x00)，用来体现域名的竣事 。举个例子，如下图所示，域标签第一个字符是0x03，这代表第一个标签长度为3(即0x77 0x77 0x77 == “www”)，同理，0x62 0x61 0x690x64 0x75 == “baidu”，最后可以看到以0x00最后 。
2、TCP紧迫模式
为了发送主要协议数据,TCP提供了一种称为紧迫模式(urgentmode)的机制，TCP协议在数据段中设置URG位,体现进入紧迫模式 。通过设置紧迫模式，发送方可以在发送行列中优先发送这部分的数据，并且不必在发送行列中排队，而吸收方可以对紧迫模式接纳特殊的处置惩罚 。这种方法数据禁止易接受被壅闭,服务器端程序会优先接受这些紧迫的数据，而不必举行排队处置惩罚 。在TCP报文中界说了两个字段来标示紧迫模式，一个URG标记，该标记体现报文中有紧迫数据，另一个标记是紧迫指针，它标示紧迫数据在传输数据中偏移位置 。如下图所示：
下面我们对几个CVSS评分较高的误差举行剖析：
1、CVE-2020-17437
CVE-2020-17437保存于uIP协议栈的uip.c文件的uip_process函数中，该函数主要是处置惩罚ip/tcp报文，下图是uIP协议栈对TCP报文中带有TCP_URG紧迫指针标识时的处置惩罚代码，若是编译时设置了UIP_URGDATA，则程序会走到下面的if分支，对紧迫指针数据举行专门处置惩罚 。
可是在默认情形下，UIP_URGDATA并没有设置 。代码会进入到else分支，程序会跳过处置惩罚紧迫指针数据，并修改uip_len的数值 。程序在修改uip_len的时间并没有判断紧迫指针的值，当uip_len的值特殊小，而紧迫指针的值urgp特殊大时，就会引起整数溢出，导致装备重启或者是越界读写 。
2、CVE-2020-24338
该误差泛起在picoTCP/IP协议栈中剖析域名label的pico_dns_decompress_name()函数中，该函数详细实现如下代码所示：
第95、96行初始化iterator，name指向待解压缩的labels，dest_iterator指向存放解压出来的labels的缓冲区，巨细为256字节 。第97行最先为while循环，读取到字符串最后空字节退出 。第98行，通过iterator&0xC0判断label类型，若是为压缩label，则通过packet定位到通俗label所在的位置，若是为通俗label直接进入else代码块中，第107行，挪用memcpy将通俗label拷贝到dest_iterator中 。我们知道dest_iterator缓冲区巨细只有256字节，而while循环退出条件为读到字符串最后空字节，因此当name长度凌驾256字节时，导致dest_iterator缓冲区溢出 。
3、CVE-2020-24336
该误差泛起在contiki协议栈中的ip64_dns64_4to6()中，该函数功效是将ipv4类型的DNS数据包转换成ipv6类型的DNS数据包，要害代码如下：
遍历Answer区段并更新到ipv6类型的Answer区段中 。从第209行最先转换资源纪录，详细实现代码如下所示：
首先判断TYPE是否是DNS_TYPE_A，DNS_TYPE_A体现该资源纪录为ipv4主机地址，然后将对应区段拷贝到acopy中 。第220行，从资源纪录中直接取RDLENGTH，前文已先容，该区段表征RDATA的长度 。第227行，判断len长度是否即是4，这里正常情形，len应该为4，由于ipv4地址长度为4个字节 。若是len不即是4，则进入else语句中，直接挪用memcpy举行RDATA数据拷贝 。这里是保存问题的，Ipv4主机地址长度不即是4，并没有验证主机地址的合理性并且len最大为0xFFFF，直接拷贝可能导致缓冲区溢出 。
4、CVE-2020-25111
在使用Nut/Net协议栈的装备中，NutDnsGetResourceAll()是处置惩罚DNS请求的函数，其中处置惩罚DNS回复的函数是DecodeDnsQuestion()，处置惩罚域标签的函数是ScanName()，误差就泛起在ScanName()函数中 。如下图所示，cp为指向域名第一个字节的指针(即第一个域标签的长度字节)，*npp为即将被剖析的域名buffer，通过strlen()将整个域名长度赋值给rc,然后基于rc分派*npp buffer，之后通过一个while，循环处置惩罚每一个label 。问题显而易见，cp是攻击者可控的，由此可以控制*npp的巨细 。而关于标签的长度，即len变量，直接从数据包中获得，并没有做任何界线检查，然后通过while循环处置惩罚 。因此可以对len设置恣意的值，即攻击者对*npp buffer可控的长度 。由此可以在堆中造成越界写，这可导致远程代码执行(RCE) 。
5、CVE-2020-17443
CVE-2020-17443保存于PicoTCP协议栈pico_icmp6.c文件中 。问题代码位于pico_icmp6_send_echoreply（）函数中，该函数的主要功效是回复ICMPv6应答数据包以响应对端的ICMPv6Echo(ping)请求 。
我们可以看到，第68行，replay结构的缓冲巨细基于echo的报文中transport_len变量 。在第84行，程序从echo->payload向reply->payload地址复制了长度为echo->transport_len- 8巨细的数据 。
注重，若是echo->transport_len小于 8，echo->transport_len - 8会导致整数溢出，memcpy操作会导致缓冲区溢出 。
在PicoTCP协议栈攻击者通过结构恶意的ICMPv6数据包，这个恶意的数据包ICMP报头小于8，会导致装备重启或拒绝服务 。
误差验证
误差验证视频请审查ADLab公众号
参考链接：
[1] https://www.forescout.com/research-labs/amnesia33/[2]https://www.securityweek.com/amnesia33-vulnerabilities-tcpip-stacks-expose-millions-devices-attacks
[3] https://www.zdnet.com/article/amnesia33-vulnerabilities-impact-millions-of-smart-and-industrial-devices/
[4] https://tools.ietf.org/html/rfc1035
[5] https://us-cert.cisa.gov/ics/advisories/icsa-20-343-01
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