联发科芯片Rootkit漏洞分析(CVE-2020-0069)

发布时间 2020-06-24

一、漏洞背景


2020年3月,谷歌修补了一个存在于联发科芯片中的安全漏洞(CVE-2020-0069),漏洞影响20余款联发科芯片和数百万Android设备。该漏洞存在于MediaTek Command Queue驱动(CMDQ命令队列驱动),允许本地攻击者实现对物理内存地址的任意读写,从而导致权限提升。


二、受影响国产手机型号


Huawei GR3 TAG-L21

Huawei Y5II

Huawei Y6II MT6735 series

Lenovo A5

Lenovo C2 series

Lenovo Tab E7

Lenovo Tab E8

Lenovo Tab2 A10-70F

Meizu M5c

Meizu M6

Meizu Pro 7 Plus

Oppo A59 series

Oppo A5s

Oppo A7x -- up to Android 8.x

Oppo F5 series/A73 -- up to A.39

Oppo F7 series -- Android 8.x only

Oppo F9 series -- Android 8.x only

Oppo R9xm series

Xiaomi Redmi 6/6A series

ZTE Blade A530

ZTE Blade D6/V6

ZTE Quest 5 Z3351S


三、CMDQ驱动简析


DMA(直接内存访问)是允许专用硬件直接从主存储器(RAM)发送或接收数据的一种特性。其目的是通过允许大内存访问而不过多占用CPU来加速系统。MediaTek Command Queue驱动(CMDQ命令队列驱动)允许从用户层与DMA控制器通信,以实现媒体或显示相关的任务。


基于Redmi 6/6A 源代码分析,在cmdq_driver.h头文件中,声明cmdq驱动的IOCTL调用如下:



CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS指令为分配一个DMA缓冲区。

CMDQ_IOCTL_FREE_WRITE_ADDRESS指令为释放一个DMA缓冲区。

CMDQ_IOCTL_READ_WRITE_ADDRESS指令为读取一个DMA缓冲区中的数据。

CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND指令运行发送其他命令。


1、分配过程


通过CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS调用cmdqCoreAllocWriteAddress ()函数,分配一个DMA缓冲区,该函数关键代码实现如下:



然后,调用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函数分配DMA缓冲区,pWriteAddr->va是虚拟地址,pWriteAddr->pa为物理地址,两者一一对应。并清理缓冲区。



最后,将物理地址赋值到*paStart,并将pWriteAddr结构体添加到gCmdqContext.writeAddrList链表中。


2、执行命令过程


在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND调用中,采用cmdqCommandStruct结构体作为参数,结构体定义如下:



pVABase指向用户层存放命令的缓冲区,缓冲区大小放在blockSize中。其中cmdqReadAddressStruct结构体定义如下:



DmaAddresses是要读取的物理地址,读取的值存放在values中。在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND命令的执行过程,实现代码如下:



函数调用路径如下:



Cmdq_core_acquire_task()函数会将command绑定到task中执行。具体实现如下:



调用cmdq_core_find_free_task()函数获取一个空闲task。拿到空闲task并进行一些初始化设置,然后开始调用cmdq_core_insert_read_reg_command()函数执行命令。



该函数实现分析,先拷贝用户层传入的命令到DMA缓冲区中。



pCommandDesc->pVABase是存放命令的内存起始地址。拷贝完命令后,后面分几种方式结尾。


这里不做深究,最后拷贝EOC和JUMP指令结尾。这里也是将用户层传入的命令拷贝过来。



从cmdq_core_acquire_task()函数中返回后,如下:



调用cmdq_core_consume_waiting_list()函数执行task。先从等待队列中获取task。



然后,获取空闲内核线程。



最后,将task绑定到thread中去执行。



四、读写命令分析


以cmdq_test.c测试代码为例,分析理解一个完整的读写命令构造。cmdq驱动中定义了两类寄存器,一类是地址寄存器用于存放地址,一类是数值寄存器用于存放读取或写入的数值。



regResults是虚拟地址,调用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函数分配一个dma地址,regResultsMVA与之对应,然后设置regResults中的数据。开始拼接读取和写入命令:



将regResults[0]的地址写入CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST类型的地址寄存器中。



然后,从CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中读取数据并写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中。这时候,CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的值应该为0xdeaddead。



接着,将regResults[1]的地址转存到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中。



最后,将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的0xdeaddead写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的regResults[1]的地址中,即regResults[1]=0xdeaddead。判断regResults[0]和regResults[1]是否相等。



如果相等,说明读写成功。


五、PoC分析与测试


(1)PoC代码中,执行写操作的关键代码如下:



写入过程中,先将value[count]移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中,然后将pa_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中,最后将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的value写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的pa_address+offset地址中,即*(pa_address+offset)= value[count]。


(2)PoC代码中,执行读操作的关键代码如下:



读取过程中,第一步先将pa_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中,然后从CMDQ_DATA__REG_DEBUG_DST地址寄存器中存储的地址pa_address+offset中读取数据放到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数据寄存器中,再将dma_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中,最后将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中保存的数据写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中存储的dma_address+offset地址中,即*(dma_address+ offset) = *(pa_address + offset)。


(3)在Reami6测试机中,执行PoC测试,成功将Linux修改成minix。



参考链接:

[1]https://github.com/MiCode/Xiaomi_Kernel_OpenSource/tree/cactus-p-oss/drivers/misc/mediatek/cmdq

[2]https://github.com/quarkslab/CVE-2020-0069_poc/blob/master/jni/kernel_rw.c

[3]https://blog.quarkslab.com/cve-2020-0069-autopsy-of-the-most-stable-mediatek-rootkit.html

[4]https://forum.xda-developers.com/android/development/amazing-temp-root-mediatek-armv8-t3922213

[5]https://source.android.com/security/bulletin/2020-03-01



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ADLab成立于1999年,是中国安全行业最早成立的攻防技术研究实验室之一,微软MAPP计划核心成员,“黑雀攻击”概念首推者。截止目前,ADLab已通过CVE累计发布安全漏洞1000余个,通过 CNVD/CNNVD累计发布安全漏洞800余个,持续保持国际网络安全领域一流水准。实验室研究方向涵盖操作系统与应用系统安全研究、移动智能终端安全研究、物联网智能设备安全研究、Web安全研究、工控系统安全研究、云安全研究。研究成果应用于产品核心技术研究、国家重点科技项目攻关、专业安全服务等。