聯發科芯片Rootkit漏洞分析（CVE-2020-0069）
發布時間 2020-06-24一、漏洞背景
2020年3月，谷歌修補了一個存在于聯發科芯片中的安全漏洞（CVE-2020-0069），漏洞影響20余款聯發科芯片和數百萬Android設備。該漏洞存在于MediaTek Command Queue驅動（CMDQ命令隊列驅動），允許本地攻擊者實現對物理內存地址的任意讀寫，從而導致權限提升。
二、受影響國產手機型號
Huawei GR3 TAG-L21
Huawei Y5II
Huawei Y6II MT6735 series
Lenovo A5
Lenovo C2 series
Lenovo Tab E7
Lenovo Tab E8
Lenovo Tab2 A10-70F
Meizu M5c
Meizu M6
Meizu Pro 7 Plus
Oppo A59 series
Oppo A5s
Oppo A7x -- up to Android 8.x
Oppo F5 series/A73 -- up to A.39
Oppo F7 series -- Android 8.x only
Oppo F9 series -- Android 8.x only
Oppo R9xm series
Xiaomi Redmi 6/6A series
ZTE Blade A530
ZTE Blade D6/V6
ZTE Quest 5 Z3351S
三、CMDQ驅動簡析
DMA（直接內存訪問）是允許專用硬件直接從主存儲器(RAM)發送或接收數據的一種特性。其目的是通過允許大內存訪問而不過多占用CPU來加速系統。MediaTek Command Queue驅動(CMDQ命令隊列驅動)允許從用戶層與DMA控制器通信，以實現媒體或顯示相關的任務。
基于Redmi 6/6A 源代碼分析，在cmdq_driver.h頭文件中，聲明cmdq驅動的IOCTL調用如下：
CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS指令為分配一個DMA緩沖區。
CMDQ_IOCTL_FREE_WRITE_ADDRESS指令為釋放一個DMA緩沖區。
CMDQ_IOCTL_READ_WRITE_ADDRESS指令為讀取一個DMA緩沖區中的數據。
CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND指令運行發送其他命令。
1、分配過程
通過CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS調用cmdqCoreAllocWriteAddress ()函數，分配一個DMA緩沖區，該函數關鍵代碼實現如下：
然后，調用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函數分配DMA緩沖區，pWriteAddr->va是虛擬地址，pWriteAddr->pa為物理地址，兩者一一對應。并清理緩沖區。
最后，將物理地址賦值到*paStart，并將pWriteAddr結構體添加到gCmdqContext.writeAddrList鏈表中。
2、執行命令過程
在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND調用中，采用cmdqCommandStruct結構體作為參數，結構體定義如下：
pVABase指向用戶層存放命令的緩沖區，緩沖區大小放在blockSize中。其中cmdqReadAddressStruct結構體定義如下：
DmaAddresses是要讀取的物理地址，讀取的值存放在values中。在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND命令的執行過程，實現代碼如下：
函數調用路徑如下：
Cmdq_core_acquire_task()函數會將command綁定到task中執行。具體實現如下：
調用cmdq_core_find_free_task()函數獲取一個空閑task。拿到空閑task并進行一些初始化設置，然后開始調用cmdq_core_insert_read_reg_command()函數執行命令。
該函數實現分析，先拷貝用戶層傳入的命令到DMA緩沖區中。
pCommandDesc->pVABase是存放命令的內存起始地址?？截愅昝詈?，后面分幾種方式結尾。
這里不做深究，最后拷貝EOC和JUMP指令結尾。這里也是將用戶層傳入的命令拷貝過來。
從cmdq_core_acquire_task()函數中返回后，如下：
調用cmdq_core_consume_waiting_list()函數執行task。先從等待隊列中獲取task。
然后，獲取空閑內核線程。
最后，將task綁定到thread中去執行。
四、讀寫命令分析
以cmdq_test.c測試代碼為例，分析理解一個完整的讀寫命令構造。cmdq驅動中定義了兩類寄存器，一類是地址寄存器用于存放地址，一類是數值寄存器用于存放讀取或寫入的數值。
regResults是虛擬地址，調用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函數分配一個dma地址，regResultsMVA與之對應，然后設置regResults中的數據。開始拼接讀取和寫入命令：
將regResults[0]的地址寫入CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST類型的地址寄存器中。
然后，從CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中讀取數據并寫入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中。這時候，CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中的值應該為0xdeaddead。
接著，將regResults[1]的地址轉存到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中。
最后，將CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中的0xdeaddead寫入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的regResults[1]的地址中，即regResults[1]=0xdeaddead。判斷regResults[0]和regResults[1]是否相等。
如果相等，說明讀寫成功。
五、PoC分析與測試
（1）PoC代碼中，執行寫操作的關鍵代碼如下：
寫入過程中，先將value[count]移動到CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中，然后將pa_address+offset地址移動到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，最后將CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中的value寫入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的pa_address+offset地址中，即*(pa_address+offset)= value[count]。
（2）PoC代碼中，執行讀操作的關鍵代碼如下：
讀取過程中，第一步先將pa_address+offset地址移動到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，然后從CMDQ_DATA__REG_DEBUG_DST地址寄存器中存儲的地址pa_address+offset中讀取數據放到CMDQ_DATA_REG_DEBUG數據寄存器中，再將dma_address+offset地址移動到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，最后將CMDQ_DATA_REG_DEBUG數值寄存器中保存的數據寫入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中存儲的dma_address+offset地址中，即*(dma_address+ offset) = *(pa_address + offset)。
（3）在Reami6測試機中，執行PoC測試，成功將Linux修改成minix。
參考鏈接：
[1]https://github.com/MiCode/Xiaomi_Kernel_OpenSource/tree/cactus-p-oss/drivers/misc/mediatek/cmdq
[2]https://github.com/quarkslab/CVE-2020-0069_poc/blob/master/jni/kernel_rw.c
[3]https://blog.quarkslab.com/cve-2020-0069-autopsy-of-the-most-stable-mediatek-rootkit.html
[4]https://forum.xda-developers.com/android/development/amazing-temp-root-mediatek-armv8-t3922213
[5]https://source.android.com/security/bulletin/2020-03-01
啟明星辰積極防御實驗室（ADLab）
ADLab成立于1999年，是中國安全行業最早成立的攻防技術研究實驗室之一，微軟MAPP計劃核心成員，“黑雀攻擊”概念首推者。截止目前，ADLab已通過CVE累計發布安全漏洞1000余個，通過 CNVD/CNNVD累計發布安全漏洞800余個，持續保持國際網絡安全領域一流水準。實驗室研究方向涵蓋操作系統與應用系統安全研究、移動智能終端安全研究、物聯網智能設備安全研究、Web安全研究、工控系統安全研究、云安全研究。研究成果應用于產品核心技術研究、國家重點科技項目攻關、專業安全服務等。
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