CVE-2025-32023漏洞原理分析
字数 2389 2025-09-01 11:26:02

HyperLogLog漏洞分析与利用：CVE-2025-32023深度解析

1. HyperLogLog基础概念

1.1 什么是HyperLogLog

HyperLogLog (HLL) 是一种用于估算集合基数的概率型数据结构，具有以下特点：

  • 使用固定内存量进行基数估算（最坏情况下12KB）
  • 标准误差小于1%（Redis实现）
  • 适用于大规模数据集统计（如独立访客数、活跃用户数等）

1.2 Redis中的HLL实现

Redis使用64位哈希函数：

  • 14位用于寄存器索引（共2^14=16384个寄存器）
  • 50位用于计算前导零个数
  • 寄存器存储值范围：0-50（实际0-51），使用6bit存储

2. HLL数据结构与编码模式

2.1 HLL结构组成

HYLL E N/U Cardin.
4字节 1字节 3字节 8字节
  • 4字节魔数"HYLL"
  • 1字节编码模式：0=稠密模式，1=稀疏模式
  • 3字节未使用
  • 8字节基数估计值

2.2 编码模式

稠密模式

  • 为每个寄存器分配空间
  • 总存储大小：6 * 16384 / 8 = 12KB
  • 内存分布连续

稀疏模式

  • 针对少量寄存器有值的场景
  • 使用三种编码操作符：
    • ZERO: 00xxxxxx (6bit表示连续0长度)
    • XZERO: 01xxxxxx yyyyyyyy (14bit表示连续0长度)
    • VAL: 1vvvvvxx (5bit表示值，2bit表示非0连续长度)

3. Redis SDS结构

3.1 SDS基础

  • Redis底层字符串表示
  • 五种header类型（不同长度使用不同header节省内存）
  • 结构组成：
    • len: 已使用字节数
    • alloc: 分配的总长度
    • flags: 标志位（低3位表示header类型）
    • buf[]: 字符数组

3.2 SDS类型

  • SDS_TYPE_5 (0): 长度<32
  • SDS_TYPE_8 (1): 长度<256
  • SDS_TYPE_16 (2): 长度<65536
  • SDS_TYPE_32 (3): 长度<2^32
  • SDS_TYPE_64 (4): 长度<2^64

4. CVE-2025-32023漏洞分析

4.1 漏洞原理

  • 通过pfmerge命令触发
  • 在合并HLL结构时，稀疏模式编码计算导致负数索引idx
  • 允许覆盖HLL结构上的负偏移量，实现越界写

4.2 关键漏洞函数

hllMerge()

  • 合并时ZERO/XZERO/VAL不同处理方式导致索引i累加
  • i为int型，通过构造恶意HLL使i溢出为负数
  • 导致max[i]=regval栈溢出

hllSparseToDense()

  • 类似地，idx累加导致整数溢出为负数
  • HLL_DENSE_SET_REGISTER(hdr->registers,idx,regval)导致堆溢出

4.3 漏洞利用技术

构造负数索引

  1. 构造xzero(0x4000) * 0x3fffd使idx增加0x3fffd*0x4000溢出为-41952 (-0xc000)
  2. 再构造xzero(0xc000 - 0x956c)使idx变为-0x956c
  3. 每个寄存器6bit，计算-0x956c * 6 % 8得到负溢出字节-0x7011

SDS结构破坏

  • 通过VAL操作写入0b1_00011_00（runlen=1, regval=4）
  • 覆盖sds的flags字段，将SDS_TYPE_16改为SDS_TYPE_64
  • 导致sds长度被伪造为极大值（0x4142434445464748）

堆布局控制

  1. 使用embstr堆喷创建可预测堆布局
  2. 喷射0x100000/0x40个embstr对象（使用mset设置）
  3. 每个embstr包含随机标记+索引+填充（0x20空格）

内存读取

  • 利用伪造的sds长度通过getrange实现任意内存读取
  • 使用egghunting算法定位有效embstr对象：
    • 类型为OBJ_STRING | OBJ_ENCODING_EMBSTR
    • robj的refcount=1
    • sds长度=0x2b（填充空格数）

地址泄露

  1. 通过tofs定位embstr robj的真实地址
  2. 根据key确定embstr位置
  3. 根据embstr结构偏移反推sds:b的实际地址

代码执行

  1. 利用jemalloc的je_ehooks_default_extent_hooks全局函数指针表
  2. 匹配页内偏移反推redis-server基址
  3. 通过setrange写入堆，伪造module对象：
    • 伪造type、refcount、ptr
    • ptr指向伪造的RedisModuleValue
  4. 修改type->free控制执行流
  5. 构造ROP链通过系统调用执行fd重定向获取/bin/sh

5. 漏洞复现步骤

  1. 搭建Redis环境（推荐使用docker）
  2. 构造恶意HLL结构：
    • 精心设计XZERO操作符序列
    • 控制索引变量溢出为负数
  3. 触发pfmerge命令
  4. 观察堆溢出效果
  5. 实施完整利用链

6. 防御建议

  1. 输入验证：严格检查HLL结构的合法性
  2. 边界检查：在hllMerge和hllSparseToDense中添加索引范围检查
  3. 整数溢出防护：使用安全整数运算库
  4. 更新补丁：及时应用Redis官方安全更新

7. 总结

CVE-2025-32023揭示了Redis HyperLogLog实现中的关键安全问题：

  • 稀疏模式编码处理不当导致整数溢出
  • 缺乏适当的边界检查导致越界写
  • 结合Redis内存结构和jemalloc特性实现完整RCE

该漏洞利用技术复杂，涉及：

  1. 精心构造的HLL数据
  2. SDS类型混淆
  3. 堆布局控制
  4. 地址泄露技术
  5. 函数指针劫持

理解此漏洞有助于深入认识：

  • Redis内部数据结构实现
  • 堆溢出利用技术
  • 现代内存分配器特性
  • 复杂漏洞链构造方法
HyperLogLog漏洞分析与利用：CVE-2025-32023深度解析 1. HyperLogLog基础概念 1.1 什么是HyperLogLog HyperLogLog (HLL) 是一种用于估算集合基数的概率型数据结构，具有以下特点： 使用固定内存量进行基数估算（最坏情况下12KB） 标准误差小于1%（Redis实现） 适用于大规模数据集统计（如独立访客数、活跃用户数等） 1.2 Redis中的HLL实现 Redis使用64位哈希函数： 14位用于寄存器索引（共2^14=16384个寄存器） 50位用于计算前导零个数 寄存器存储值范围：0-50（实际0-51），使用6bit存储 2. HLL数据结构与编码模式 2.1 HLL结构组成 4字节魔数"HYLL" 1字节编码模式：0=稠密模式，1=稀疏模式 3字节未使用 8字节基数估计值 2.2 编码模式 稠密模式 为每个寄存器分配空间 总存储大小：6 * 16384 / 8 = 12KB 内存分布连续 稀疏模式 针对少量寄存器有值的场景 使用三种编码操作符： ZERO: 00xxxxxx (6bit表示连续0长度) XZERO: 01xxxxxx yyyyyyyy (14bit表示连续0长度) VAL: 1vvvvvxx (5bit表示值，2bit表示非0连续长度) 3. Redis SDS结构 3.1 SDS基础 Redis底层字符串表示 五种header类型（不同长度使用不同header节省内存） 结构组成： len: 已使用字节数 alloc: 分配的总长度 flags: 标志位（低3位表示header类型） buf[ ]: 字符数组 3.2 SDS类型 SDS_ TYPE_ 5 (0): 长度 <32 SDS_ TYPE_ 8 (1): 长度 <256 SDS_ TYPE_ 16 (2): 长度 <65536 SDS_ TYPE_ 32 (3): 长度 <2^32 SDS_ TYPE_ 64 (4): 长度 <2^64 4. CVE-2025-32023漏洞分析 4.1 漏洞原理 通过 pfmerge 命令触发 在合并HLL结构时，稀疏模式编码计算导致负数索引 idx 允许覆盖HLL结构上的负偏移量，实现越界写 4.2 关键漏洞函数 hllMerge() 合并时ZERO/XZERO/VAL不同处理方式导致索引 i 累加 i 为int型，通过构造恶意HLL使 i 溢出为负数 导致 max[i]=regval 栈溢出 hllSparseToDense() 类似地， idx 累加导致整数溢出为负数 HLL_DENSE_SET_REGISTER(hdr->registers,idx,regval) 导致堆溢出 4.3 漏洞利用技术 构造负数索引 构造 xzero(0x4000) * 0x3fffd 使 idx 增加 0x3fffd*0x4000 溢出为-41952 (-0xc000) 再构造 xzero(0xc000 - 0x956c) 使 idx 变为-0x956c 每个寄存器6bit，计算 -0x956c * 6 % 8 得到负溢出字节-0x7011 SDS结构破坏 通过VAL操作写入 0b1_00011_00 （runlen=1, regval=4） 覆盖sds的flags字段，将SDS_ TYPE_ 16改为SDS_ TYPE_ 64 导致sds长度被伪造为极大值（0x4142434445464748） 堆布局控制 使用embstr堆喷创建可预测堆布局 喷射 0x100000/0x40 个embstr对象（使用mset设置） 每个embstr包含随机标记+索引+填充（0x20空格） 内存读取 利用伪造的sds长度通过 getrange 实现任意内存读取 使用egghunting算法定位有效embstr对象： 类型为OBJ_ STRING | OBJ_ ENCODING_ EMBSTR robj的refcount=1 sds长度=0x2b（填充空格数） 地址泄露 通过tofs定位embstr robj的真实地址 根据key确定embstr位置 根据embstr结构偏移反推sds:b的实际地址 代码执行 利用jemalloc的 je_ehooks_default_extent_hooks 全局函数指针表 匹配页内偏移反推redis-server基址 通过setrange写入堆，伪造module对象： 伪造type、refcount、ptr ptr指向伪造的RedisModuleValue 修改type->free控制执行流 构造ROP链通过系统调用执行fd重定向获取/bin/sh 5. 漏洞复现步骤 搭建Redis环境（推荐使用docker） 构造恶意HLL结构： 精心设计XZERO操作符序列 控制索引变量溢出为负数 触发pfmerge命令 观察堆溢出效果 实施完整利用链 6. 防御建议 输入验证：严格检查HLL结构的合法性 边界检查：在hllMerge和hllSparseToDense中添加索引范围检查 整数溢出防护：使用安全整数运算库 更新补丁：及时应用Redis官方安全更新 7. 总结 CVE-2025-32023揭示了Redis HyperLogLog实现中的关键安全问题： 稀疏模式编码处理不当导致整数溢出 缺乏适当的边界检查导致越界写 结合Redis内存结构和jemalloc特性实现完整RCE 该漏洞利用技术复杂，涉及： 精心构造的HLL数据 SDS类型混淆 堆布局控制 地址泄露技术 函数指针劫持 理解此漏洞有助于深入认识： Redis内部数据结构实现 堆溢出利用技术 现代内存分配器特性 复杂漏洞链构造方法