DNSpooq系列缝隙分析与复现
颁布功夫 2021-02-01媒介
近期，，以色列安全征询企业JSOF在最新汇报中披露了七个 DNSmasq 缝隙（统称 DNSpooq），，并指出攻击者借此习染了数以百万计的设备。DNSmasq 是一套盛行的开源 DNS 转发软件，，可能为运行该软件的网络设备增长 DNS 缓存和 DHCP 服务器职能，，宽泛用于各类小型局域网络。受 DNSpooq 影响的设备不仅可能遭逢 DNS 缓存中毒，，还可被用于远程代码执行、、回绝服务（DoS）攻击。目前受影响的厂商蕴含但不限于 Android / Google、、康卡斯特、、思科、、红帽、、Netgear、、高通、、Linksys、、IBM、、D-Link以及 Ubiquiti 。凭据shodan显示，，有超100万台利用DNSmasq的设备露出在公网，，可能受影响的设备不计其数。
其中，， CVE-2020-25684、、CVE-2020-25685 和 CVE-2020-25686 这三个缝隙，，可能导致 DNS 服务遭逢缓存中毒攻击。别的四个缝隙为 CVE-2020-25687、、CVE-2020-25683、、CVE-2020-25682 和 CVE-2020-25681 ，，均为缓冲区溢出缝隙�：：诳突蚩稍谂渲昧� DNSmasq 的网络设备上，，利用这些缝隙远程执行肆意代码。
DNS和谈简介
DNS的要求和响应的根基单元是DNS报文（Message）。要求和响应的DNS报文结构是齐全一样的，，每个报文都由以下五段（Section）组成：：
DNS Header是每个DNS报文都必须占有的一部门，，它的长度固定为12个字节。Question部门存放的是向服务器查问的域名数据，，通常情况下它只有一条Entry。每个Entry的体式是一样的，，如下所示：：
QNAME：：由labels序列组成的域名。QNAME的体式使用DNS尺度名称暗示法。这个字段是变长的，，因而有可能出现奇数个字节，，但不进行补齐。DNS使用一种尺度体式对域名进行编码。它由一系列的label（和域名中用.宰割的label分歧）组成。每个label首字节的高两位用于暗示label的类型。RFC1035中分配了四个里面的两个，，别离是：：00暗示的通常label，，11（0xC0）暗示的压缩label。
Answer，，Authority和Additional三个段的体式是齐全一样的，，都是由零至多条Resource Record（资源纪录）组成。这些资源纪录由于分歧的用处而被分隔存放。Answer对应查问要求中的Question，，Question中的要求查问了局会在Answer中给出，，若是一个响应报文的Answer为空，，注明这次查问没有直接获得了局。
RR(ResourceRecord)资源纪录是DNS系统中极度重要的一部门，，它占有一个变长的结构，，具体体式如下：：
● NAME：：它指定该笔纪录对应的是哪个域名，，体式使用DNS尺度名称暗示法
● TYPE：：资源纪录的类型。
● CLASS：：对应Question的QCLASS，，指定要求的类型，，常用值为IN，，值为0x001。
● TTL(Time To Live)资源的有效期：：暗示你能够将该条RR缓存TLL秒，，TTL为0暗示该RR不能被缓存。TTL是一个4字节有符号数，，但是只使用它大于等于0的部门。
● RDLENGTH：：一个两字节非负整数，，用于指定RDATA部门的长度（字节数）。
● RDATA：：暗示一个长度和结构都可变的字段，，它的具体结构取决于TYPE字段指定的资源类型。
DNS常见资源纪录类型有NS纪录、、A纪录、、CNAME纪录。
● NS纪录
NS纪录用于指定某个域的权威DNS。好比在com的DNS里，，纪录着http://www.hnwnww.com这个域的DNS，，或许如下：：
www.hnwnww.com. NS ns1.www.hnwnww.com.
www.hnwnww.com. NS ns2.www.hnwnww.com.
www.hnwnww.com. NS ns3.www.hnwnww.com.
这三笔纪录，，就是说http://ns1.www.hnwnww.com、、http://ns2.www.hnwnww.com、、http://ns3.www.hnwnww.com（以下简称ns1、、ns2、、ns3）都是http://www.hnwnww.com域的权威DNS，，询问肆意其中一个都能够。
当然，，在com的权威DNS里，，还会纪录ns1~ns3这几个http://www.hnwnww.com权威DNS的IP，，会一并返回给问询者，，以便问询者直接用IP联系ns1~ns3。
● A纪录
A纪录就是最经典的域名和IP的对应，，在http://ns1.www.hnwnww.com里面，，纪录着百度公司各产品的域名和IP的对应关系，，每一个这样的纪录，，就是一个A纪录，，好比下面的3个A纪录：：
image.www.hnwnww.com A 1.2.3.4
wenku.www.hnwnww.com A 5.6.7.8
tieba.www.hnwnww.com A 9.10.11.12
若是用户询问http://ns1.www.hnwnww.com：：“http://wenku.www.hnwnww.com的IP是几多？”，，ns1就会找到对应的A纪录或者CNAME纪录并返回。
● CNAME纪录
CNAME纪录也称别号纪录，，允许将多个纪录映射到统一台推算机上。好比，，在ns1中，，并没有http://www.www.hnwnww.com的A纪录，，而是一个CNAME纪录：：
www.www.hnwnww.com CNAME www.a.shifen.com
也就是通知用户，，http://www.www.hnwnww.com的别号是http://www.a.shifen.com，，能够直接要求解析http://www.a.shifen.com。
DNS缓存攻击
当接见www.www.hnwnww.com时，，域名解析的大体流程如下图所示。
DNS缓存中毒是一种比力经典的攻击方式，，若是攻击者能够成功执行，，就会在DNS缓存服务器上留下一个有害的条款，，使得用户接见正常网站的要求重定向到被攻击者节制的恶意网站。
DNSpooq系列缓存中毒缝隙的单一攻击流程图如下图所示：：
（1）用户发送浏览淘宝的要求给DNS转发器，，但愿得到对应的IP。
（2）DNS转发器没有此域名的缓存，，所以将要求转发给上游DNS服务器。
（3）在得到上游DNS服务器回复前，，攻击者发送一个伪造的回复，，将淘宝域名与一个恶意IP相对应。
（4）DNS转发器接受了这个伪造的回复，，并发送给用户，，因而用户要求接见的淘宝被重定向到了攻击者把持的恶意网站。
这个DNS转发器利用场景很宽泛，，好比小我开的热点，，机场、、宾馆里的公共网络等，，一旦攻击成功，，则影响使用这些网络的所有人。
在DNS Header中有一个16-bit的区域叫TXID（transaction ID），，用于将查问包和回复包匹配。在从前，，TXID是防御DNS缓存中毒的重要伎俩。但是在2008年，，安全钻研员Dan Kaminsky证明16-bit的TXID是远远不够的，，后来又增长了端口随机化，，所以这个时辰想伪造回复包，，不仅必要猜对TXID，，还必要猜对端口，，一共32位的随机值，，此外还必要知晓源IP和主张IP。
DNS安全扩大
到了21世纪，，DNS安全扩大正在被慢慢利用。DNS安全扩大是目前为相识决DNS糊弄缓和存传染问题而设计的一种安全机制。DNSSEC依附数字署名来保障DNS应答报文的真实性和齐全性。单一来说，，权威服务器使用私钥对资源纪录进行署名，，递归服务器利用权威服务器的公钥对应答报文进行验证。若是验证失败，，则注明这一报文可能是有问题的。
为了实现资源纪录的署名和验证，，DNSSEC增长了四种类型的资源纪录：：RRSIG（Resource Record Signature）、、DNSKEY（DNS Public Key）、、DS（Delegation Signer）、、NSEC（Next Secure）。
例如我们执行号令行：：dig @8.8.8.8 paypal.com，，得到的DNS查问了局如下所示：：
红框中为应答部门，，这是未开启DNSSEC的情况下的。我们执行号令行：：dig+dnssec @8.8.8.8 paypal.com，，得到的DNS查问了局如下所示：：
蓝框中就是RRSIG资源纪录存储，，该资源纪录存储的是对资源纪录集中（RRSets）的数字署名。
Dnsmasq缓存中毒缝隙
以下三个缝隙，，组合起来用能够降低伪造回复包的熵值。
● CVE-2020-25684
DNSmasq自身限度了转发给上游服务器查问包的数量，，通常最大是150条。用户能够自己设定这个值。转发查问使用的是frec(forwardrecord)结构。每个frec都和TXID有关联。当回复被接受或经过一按功夫，，这个frecs就会被删除。
通常情况下，，用于转发查问的socket数量被限度在64个。每个用于转发的socket和一个随机的端口绑定。
理论上，，查问包中TXID和源端口加起来会有32-bit的熵。但是现实上，，这个熵要更少一些。由于dnsmasq在统一个端口会多路复用多个TXID，，而没有将每个TXID和每个端口设置为逐一对应的关系，，如下图所示。了局就是，，攻击者只必要猜中64个端口中的一个端口还有正确的TXID就能够了，，而不用猜中某个特定的端口和特定的TXID。所以这导致现实上只有26位熵值。
● CVE-2020-25685
若是要对DNS转发器进行投毒，，除了必要猜对正确的TXID和源端口，，攻击者发送伪造的回复还必要匹配已盛开的frecs。若是想让frec匹配，，那么TXID和问题区都要匹配，，换句话说，，回复的内容是之前询问过的。
dnsmasq只存放问题区的哈希值，，而不是把整个语句存下来。当整个查问提交的时辰，，这个哈希值会被保留。
若是dnsmasq没有编译DNSSEC支持，，那么他默认使用CRC32作为哈希算法。问题就在于CRC32从密码学角度并不是一个安全的算法�Ｄ芄缓芮崴傻氖褂美嗨芐MT solver等工具进行CRC32碰撞，，这里道理不做过多介绍。
所以基于这一个性，，攻击者能够天生多个查问，，每一个查问的CRC32的值都一样，，不外查问的是分歧的域名，，而这些域名最好是不存在的，，即没有被缓存的。而后攻击者能够发送一个拥有一样CRC32值的伪造的回复。
如下图所示，，攻击者节制一台客户端对多个域名提议问询，，每一个CRC32的值都是一样的，，而后在递归DNS服务器回复之前，，回复一个拥有一样CRC32值的域名或IP，，攻击即有可能成功。
● CVE-2020-25686
dnsmasq的另一个问题就是在统一个域名被查问要求时会粗鲁的创建多个frecs。随后会转发所有的要求，，若是成功的匹配其中的肆意一个，，就计入缓存。这个问题导致就算dnsmasq使用安全的哈希算法，，也可能成功的执行攻击。
通过以上三个缝隙，，导致攻击者伪造恶意回复包的成功率大大提高，，后面还必要利用dnsmasq没有对回复包做验证的个性进行攻击。
通常情况下，，在递归服务器上会对回复包做一些验证机制，，例如bailiwicks。但是在配置dnsmasq的设备上并没有做任何验证，，所以能够在用户要求www.example.com的时辰，，攻击者能够发送如下回复:
www.example.com CNAME www.bank.com
www.bank.com A 6.6.6.6
而后这笔纪录的缓存就会被插入到dnsmasq的设备中。前文介绍过CNAME，，所以当用户想接见www.bank.com的时辰，，会被重定向到被攻击者节制的IP为6.6.6.6的服务器。而配置了类似bailiwicks的设备，，会去找权威服务器询问www.bank.com的IP。
Dnsmasq缓冲区溢出缝隙
● CVE-2020-25681
以下名称以规范的DNS名称挨次排序。最重要的标签是“example”。在此级别上，，“example”将首先排序，，而后是以“a.example”结尾的名称，，而后是以“z.example”结尾的名称。每个级别中的名称以一样的方式排序。如下图所示。
CVE-2020-25681缝隙位于dnssec.c文件的sort_rrset()函数中，，该函数掌管依照DNSSEC验证过程的要求选取冒泡排序算法将给定的资源纪录集中（RRSets）排序为规范挨次。该函数界说如下：：
它接受了响应数据包（header）以及数据包长度（plen）。rrset是指向资源纪录集中中RR数组的指针，，而rrsetidx是集中中的RR数，，rr_desc是指向与RRset关联的RR类型的描述符的指针。最后，，有两个缓冲区buff1和buff2，，它们用作排序例程的工作区缓冲区。这两个缓冲区在法式起头时都是相对分配的，，它们是daemon> workspacename和daemon-> keyname。当dnsmasq开启DNSSEC时，，将会分配这两个缓冲区。
MAXDNAME巨细为1025，，所以workspacename和keyname的巨细2050，，也是该缝隙产生溢出的缓冲区。
首先启动dnsmasq，，并设置参数为：：
-p 53535 --no-daemon --log-queries -S127.0.0.2 --no-hosts --no-resolv -d -q --dnssec--trust-anchor=.,20326,8,2,E06D44B80B8F1D39A95C0B0D7C65D08458E880409BBC683457104237C7F8EC8D，，机关完恶意DNS查问响应包，，使用号令行：：dig NS+dnssec @localhost -p 53535 .，，射中sort_rrset()函数断点后如下图所示：：
在机关资源纪录集中（RRSets）时，，必须保障纪录个数大于1，，这样能力保障进入排序循环。
这里机关的rrsetidx为0x3。
正常数据包如下图所示：：
Answers块中，，p1指向第一个资源纪录，，p2指向第二个，，而后进行排序。
别离跳过Class，，Type和TTL，，达到RDATA区域。
Data lengh为20，，为Name Server的长度。而后进入排序循环。
行315，，首先挪用get_rdata()函数解析第一个资源纪录p1的RDATA域中的NameServer，，看下该函数实现。
判断d是否等于-1，，这里不等于，，不进入if语句，，来到如下代码。
而后挪用extract_name()函数解析，，这里必要保障extract_name()函数解析谬误返回0，，保障进入get_rdata()函数返回为0，，通过设置超长NameServer字符串即可。
进入if语句，，行318，，推算len1，，为end1-p1，，即是NameServer的长度。行319，，挪用memcpy()将p1拷贝到buff1+left1中。
这里len1设置为3550，，p1为NameServer，，长度RDLENGTH为用户可控。前文已经介绍buff1为daemon>workspacename，，巨细为2020，，因而产生堆溢出。
缓解措施
● 升级dnsmasq到最新版本(2.83及以上)，，这是目前最有效的步骤。
● 若是不用要，，配置dnsmasq设备不要在WAN口监听。
● 尽量配置dnsmasq最大转发查问条款小一点。
● 临时关闭DNSSEC验证选项。
● 使用为DNS提供传输安全的和谈，，如DoT或DoH。
参考链接：：
[1] https://www.jsof-tech.com/disclosures/dnspooq/
[2] https://www.jsof-tech.com/wp-content/uploads/2021/01/DNSpooq-Technical-WP.pdf
[3] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc1664.txt
[4] https://security.googleblog.com/2017/10/behind-masq-yet-more-dns-and-dhcp.html
[5] https://spoofer.caida.org/summary.php
[6] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc7858.txt
[7] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc5452.txt
[8] http://www.thekelleys.org.uk/dnsmasq/doc.html
[9]https://dl.acm.org/doi/10.1145/3372297.3417280
[10] https://github.com/Z3Prover/z3
[11] https://www.chromium.org/developers/design-documents/dns-prefetching
[12] https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc4033.txt
[13] https://zhuanlan.zhihu.com/p/92899876
OG东方厅积极防御尝试室（ADLab）
ADLab成立于1999年，，是中国安全行业最早成立的攻防技术钻研尝试室之一，，微软MAPP打算主题成员，，“黑雀攻击”概念首推者。截止目前，，ADLab已通过CVE累计颁布安全缝隙近1100个，，通过 CNVD/CNNVD累计颁布安全缝隙1000余个，，持续维持国际网络安全领域一流水准。尝试室钻研方向涵盖操作系统与利用系统安全钻研、、智能终端安全钻研、、物联网智能设备安全钻研、、Web安全钻研、、工控系统安全钻研、、云安全钻研。钻研成就利用于产品主题技术钻研、、国度重点科技项目攻关、、专业安全服务等。
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