CVE-2021-1732 Windows win32k.sys本地提权漏洞深度分析

前言

CVE-2021-1732是Windows内核组件win32k.sys中的一个本地权限提升漏洞，由腾讯安全团队发现并报告。该漏洞存在于窗口对象管理机制中，攻击者可以利用此漏洞从普通用户权限提升至SYSTEM权限。本文将详细分析该漏洞的原理、利用方式及防护措施。

漏洞概述

基本信息

• 漏洞编号: CVE-2021-1732
• 影响组件: win32k.sys (Windows内核图形子系统)
• 漏洞类型: 本地权限提升(LPE)
• 影响版本: Windows 10 20H2及之前版本
• CVSS评分: 7.8 (高危)

漏洞背景

win32k.sys是Windows操作系统中负责处理窗口管理和图形渲染的内核模式驱动程序。该漏洞源于内核在处理窗口对象时对用户提供数据的验证不足，导致攻击者可以构造特定条件实现任意内核内存读写。

漏洞原理分析

技术细节

漏洞核心在于win32k!NtUserCreateWindowEx系统调用中对tagWND对象的扩展数据(tagWND.pExtraBytes)处理不当。具体流程如下：

1. 窗口创建过程:

   • 当应用程序调用CreateWindowEx时，最终会触发NtUserCreateWindowEx系统调用
   • 内核会分配tagWND结构体表示窗口对象
   • 如果指定了cbWndExtra参数，内核会分配额外的内存空间(pExtraBytes)

2. 漏洞触发点:

   • 在特定条件下，内核未能正确验证用户提供的cbWndExtra值
   • 攻击者可以控制tagWND.pExtraBytes指向的内核内存区域
   • 通过精心构造的调用链，可实现内核内存的任意读写

3. 关键数据结构:

typedef struct _tagWND {
    // ... 其他字段 ...
    PVOID pExtraBytes;    // 指向额外窗口数据的指针
    DWORD dwExtraFlag;    // 控制pExtraBytes行为的标志
    // ... 其他字段 ...
} tagWND, *PtagWND;

根本原因

漏洞的根本原因是内核在以下方面存在缺陷：

1. 对用户提供的cbWndExtra参数验证不充分
2. 未能正确处理窗口类注册和窗口创建之间的竞争条件
3. 对pExtraBytes指针的双重释放或重用情况处理不当

漏洞利用分析

利用思路

完整的利用过程通常包括以下步骤：

1. 信息收集:

   • 获取当前进程的EPROCESS地址
   • 定位系统关键进程(如winlogon.exe)的EPROCESS

2. 内存操作原语构建:

   • 利用漏洞构造任意内核内存读取原语
   • 利用漏洞构造任意内核内存写入原语

3. 权限提升:

   • 修改目标进程的令牌权限
   • 或将当前进程令牌替换为SYSTEM进程令牌

EXP关键代码分析

典型利用代码会包含以下关键操作：

// 1. 创建漏洞触发条件
HWND hWnd = CreateWindowExA(..., cbWndExtra, ...);

// 2. 通过特定API调用触发漏洞条件
SetWindowLong(hWnd, GWL_STYLE, ...);

// 3. 构造内存读写原语
// 通过精心设计的窗口操作实现内核内存读写

动态调试与复现

调试环境搭建

1. 所需工具:

   • WinDbg Preview (内核调试)
   • VMware/VirtualBox (虚拟机环境)
   • 受影响版本的Windows系统(如Windows 10 20H2)

2. 调试步骤:

   • 设置内核调试环境
   • 在漏洞触发点设置断点:

     bp win32k!NtUserCreateWindowEx
     bp win32k!xxxCreateWindowEx
     

   • 观察tagWND结构体及pExtraBytes的变化

复现过程

1. 编译并运行PoC代码
2. 监控系统行为，确认权限提升成功
3. 使用Process Explorer等工具验证进程权限

缓解措施

官方补丁

微软在2021年2月补丁日发布了修复补丁，主要修改包括：

1. 加强了对cbWndExtra参数的验证
2. 改进了tagWND对象生命周期的管理
3. 增加了对pExtraBytes指针的安全检查

临时缓解方案

如果无法立即安装补丁，可考虑：

1. 启用Windows Defender攻击面减少规则
2. 限制普通用户的管理权限
3. 监控可疑的窗口创建行为

参考链接

1. 微软官方公告: https://msrc.microsoft.com/update-guide/vulnerability/CVE-2021-1732
2. 腾讯安全报告: https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/183
3. 内核调试文档: https://docs.microsoft.com/en-us/windows-hardware/drivers/debugger/

总结

CVE-2021-1732是一个典型的Windows内核本地提权漏洞，其利用技术涉及对窗口对象内存管理的深入理解。通过分析此类漏洞，安全研究人员可以更好地理解Windows内核的安全机制和潜在弱点，同时也能帮助系统管理员更好地防御此类攻击。