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最近扣吧忙成狗了，好久没更新博客，对不住大家了，今天趁天气暖和点，来一篇干货。

由于好久没搞Android了，写得不专业的地方，请见谅哈。

0.为什么要研究Binder fuzz

以目前最热门的指纹方案为例。

TZ：Trustzone(请自行百度)
CA：Trustzone框架中的Clinet App
TA：Trustzone框架中的Trustzone APP

上层APP通过Binder机制调用keystore和FingerprintService两个底层系统服务，来获取密钥存储和指纹的能力。底层服务再通过CA跟TZ驱动通信，调用TZ中TA提供的服务，如指纹识别等安全性要求较高的服务。

我们今天只看Android侧的Binder体系。

Binder其实是提供了一种进程间通信（IPC）的功能。这些系统服务，通过binder协议抽象出一个个的“接口”，供其他进程调用，是一个重要的潜在的攻击面。如果没有做好权限控制，会让低权限的第三方应用/病毒/木马利用，后果不堪设想。

其次，做Android的同学都知道，Binder是android一个非常重要的机制，夸张一点可以说是“Android的灵魂”，非常有必要进行细致的分析和漏洞挖掘。

插播一个扣吧总结的知识点，系统服务的分类

1.Binder体系的java服务(有Stub接口，也就是AIDL封装)
2.Binder体系的Native服务
3.socket体系的init服务（通常见于init.rc）
4.其他服务

OK，再谈谈为什么使用fuzz技术呢？

总的来说，是因为fuzz在协议和接口安全测试中比较简单粗暴，试错成本低。所以，“不管什么接口，先fuzz一把看看”。

Fuzzing是一种基于缺陷注入的自动软件测试技术。通过编写fuzzer工具向目标程序提供某种形式的输入并观察其响应来发现问题，这种输入可以是完全随机的或精心构造的。Fuzzing测试通常以大小相关的部分、字符串、标志字符串开始或结束的二进制块等为重点，使用边界值附近的值对目标进行测试。

主要有两种类型的fuzzing技术：

1）dumb fuzzing 这种测试无需了解协议或文件本身格式，通过提供完全随机的输入或简单改变某些字节去发现问题。这种方法实现起来较简单，容易快速触发错误，但它的完全随机性会导致产生大量无效的输入或格式。

2）Intelligent fuzzing 研究目标应用程序的协议或文件格式、功能配置，了解各类漏洞的成因，有目的地编写fuzzer。编写有效的fuzzer需要花费时间，但能够对某些感兴趣的部分集中测试，因此更有效。

1.什么是Binder(有基础的可以略过这一部分)

Android系统采用Binder机制作为进程间通信机制，类似于COM和CORBA分布式组件架构，通俗来讲其实就是提供远程过程调用（RPC）功能。

在Binder机制中，由Client、Server、ServiceManger、Binder驱动这四个部分组成，其中Client、Server、ServiceManager运行在用户空间，Binder驱动运行在内核空间。Binder就是把这四个组件粘合在一起的粘合剂，核心组件是Binder驱动，ServiceManager提供了辅助管理的功能。Client和Server正是在Binder驱动和ServiceManager提供的基础设施上，进行CS通信。

下面这个流程图可以简单说明Client通过binder调用Server的一个过程，Client会通过Proxy（这里的Proxy不是单一实体，实际上是一系列的BpInterface、BpBinder等代理组件）去跟binder驱动通信，Proxy把数据打包成parcel类型数据再进行传输。

那么数据具体是怎么传输的呢？

我们继续深究一下，笔者总结了一个比较全的图。Java层服务其实也是在Native层服务BpBinder和BBinder的一个封装。如果屏蔽底层驱动来看，整个Binder代理的核心就是BpBinder和BBinder。

其中，BpBinder最重要的职责就是实现跨进程传输的传输机制，至于具体传输的是什么语义，它并不关心。我们观察它的transact()函数的参数，可以看到所有的语义都被打包成Parcel类型数据。（Parcel是轻量级的高效的对象序列化和反序列化机制，Android在Java空间和C++都实现了Parcel，由于它在C/C++中，直接使用了内存来读取数据，因此，它更有效率）

请记住这个伟大的函数——transact()

举一个例子：上层APP调用MediaRecorder对外提供的API，名字叫setCamera，实际上是执行了BpMediaRecorder中的setCamera方法中，remote()返回的就是BpBinder对象，这里会组装好parcel数据包，会传给BpBinder的transact函数。transact函数就会把数据发给对端，也就是另一个BBinder对象。

我们看一下具体是如何发送数据？

BpBinder的transact函数，通过层层调用，最终通过ioctl和binder驱动通信

嗯，上述的就是发送请求的过程。

下面来看接收方，Binder远程通信的目标端实体必须继承于BBinder类，该类和BpBinder相对，主要关心的只是传输方面的东西，不太关心所传输的语义。当收到回复后，会执行IPCTHreadState::waitForRespaonse函数的逻辑，并执行executeCommand(cmd)

executeCommand中，会取得一个合法的BBinder对象，并执行BBinder的transact函数。
（是不是有点奇怪，BBinder也有一个transact函数，请继续往下看吧）

BBinder::transact中会调用onTransact，这个onTransact才是真正处理业务的。需要注意的是，因为我们的binder实体在本质上都是继承于BBinder的，而且我们一般都会重载onTransact()函数，所以上面的onTransact()实际上调用的是具体binder实体的onTransact()成员函数。也就是说，onTransact的具体实现一般在上层的binder实体，而不在BBinder。

上面说了，BBinder没有实现一个默认的onTransact()成员函数，所以在远程通信时，BBinder::transact()调用的onTransact()其实是Bnxxx或者BnInterface的某个子类的onTransact()成员函数，举个例子，BnMediaRecorder中实现了一个onTransact函数，通过switch-case，根据不同code进行分发处理。

switch（code）中的code，其实就是前面说的BpBinder中transact函数传过来的int型的方法号。

2.Binder fuzz怎么作

经过上面的分析，我们已经对Binder有个全局的了解。fuzz的关键是选择好fuzz的目标和fuzz切入点（接口），那么应该如何选择呢？

思路就是农民斗地主！

前面也说了，系统服务（地主）具有高权限，是我们需要重点关注的对象，而低权限进程（农民）可以利用binder call去调用系统服务，从低权限到高权限，存在一个跨安全域的数据流，这里就是一个典型的攻击界面。所以，我们选择系统服务作为fuzz的目标。

那么Fuzz接口呢？选择fuzz接口需要满足这几个要求：

1）这个接口是开放的，是可以被低权限进程调用的
2）这个接口距离fuzz目标（系统服务）比较接近，中间路径最好透传，这样比较容易分析异常
3）从简原则

根据上面的分析，BpBinder中的transact函数就是一个很好的fuzz接口，但这货在底层无法直接调用。

怎么办呢？

我们从BpBinder往上层找，很容易发现，Java层IBinder的transact函数最终调用到BpBinder，且参数是原封不动的“透传”到底层，考虑到java层的可视化和扩展性，我决定选择IBinder的公有方法transact作为fuzz接口。

下图就是这个接口的定义：

请大家认真看看上图注释的说明：

code是int类型，指定了服务方法号
data是parcel类型，是发送的数据，满足binder协议规则，下面会有详述
reply也是parcel类型，是通信结束后返回的数据
flag是标记位，0为普通RPC，需要等待，调用发起后处于阻塞状态直到接收到返回，1为one-way RPC，表示“不需要等待回复的”事务，一般为无返回值的单向调用。

下面开始讲重点了，额。

接口不是你想fuzz就能fuzz。我们来解决几个关键问题：

1）如何取得服务的IBinder对象？

我们要取到对端的IBinder对象，才可以调用这个服务。系统其实有一些隐藏API可以利用。先通过反射出ServiceManager（hide属性）中的listServices获取所有运行的服务名称：

获取到String类型的服务名称后，再反射getService获取对应的服务IBinder对象：

是不是很犀利，其实是借用了上文说的ServiceManager的强大力量。

2）code如何生成？

code也称为TransactionID，标定了服务端方法号。

每个服务对外定义的方法都会分配方法号，而且是有规律的，第一个服务方法code使用1，第二个是2，，第三个使用3，依次类推，如果有N个方法，就分别分配1-N个连续的服务号。

有个小技巧，对于Java服务，必定有Stub类，可以通过反射出mInterfaceToken+”$Stub”类中所有成员属性，其中以”TRANSACTION_”开头的int型就是该方法对应的。

如下图的例子，服务端greet方法对应的code就是TRANSACTION_greet：

如果是Native服务，就比较悲剧了，目前还没有好的自动化方法直接获取code。一般服务方法数不会太多，所以确定一个上限如50，从1到50循环生成code就可以把所有方法遍历。当然可以通过人工逆向分析出code，但这样成本比较高。

3）data如何构造？

通过大量的源码review和分析得知，data由“RPC header+参数1+参数2+….”来构成的。

举个例子，如下图，setDataSource这个API，首先调用data.writeInterfaceToken会写入一个RPC header，然后会依次写入调用方法的参数，比如setdataSource有3个参数，这里就会依次写入三个数据：

是不是很有规律！！

通过review writeInterfaceToken的实现，我们可以发现这个RPC header是由一个int型数据加上String类型的interface name来构成。

但我们不需要自己去构造RPC header，直接调用writeInterfaceToken函数，传入interface name就可以了。最后抽象出来的parcel类型的data应该是这样的：

那大家可能会问interface name是什么东西，如何获取？很简单，interface name是接口名称，只要取得IBinder对象，就可以直接getInterfaceDescriptor来获取interface name，也就是接口方法的描述符。

再看如何获取一个方法的参数和类型呢？

对于Java层服务的方法，可以通过反射获取method对象，然后用getParameterTypes获取所有的类型：

对于native层服务，无法直接获取方法参数类型，可以用过review调用者实现和反编译分析等方法来作。

4）fuzz系统和逻辑怎么设计？

直接上图吧。如下图，整个fuzz系统分为4个模块,分别是数据产生器，fuzz引擎，监视器和日志模块。

1）数据产生器就是用上述方法产生transact需要用到的数据

2）fuzz引擎用于执行具体的transact过程

3）监视器用于监控fuzz结果和异常

4）日志模块用于记录fuzz结果

这里笔者采用了3种fuzz方法

1）dumb fuzz：构造好RPC header后，直接塞入大量随机数据，code范围为1-100，比较暴力。

2）intelligent fuzz：构造好RPC header后，精准识别出code，并根据不同的code构造出类型正确的随机参数

3）simple fuzz：构造好RPC header后，精准识别出code，但每次请求只写入int类型“0”，通过返回值，快速识别fuzz目标的接口是否有权限校验

5）如何判断fuzz结果和识别安全漏洞？

一般来说，要做到“权限判断+数据有效性判断”两层防护才是安全的。

通过监控transact的返回值和系统log和系统状态，可以看到的fuzz现象主要有以下几种：

1）有SecurityException，则说明该接口有进行权限判断，做了一层防护

2）无Exception，说明该接口没有进行权限校验，默认对外暴露，是不安全的，可以深挖

3）异常现象，如系统重启、指纹服务挂死、屏幕无响应等，说明该接口不仅没有进行权限判断，而且fuzz数据导致了缓存区溢出/进程crash等异常，这类现象要再去进行人工分析，很有可能会严重的提权漏洞（比如root）

举个例子，看看到底是哪里出现安全漏洞。下图，ontransact函数中switch-case结构里，其中一个case中没有对数据进行判断就读到*device_address，而这个指针直接当成参数直接使用，当指针地址异常就会引起系统服务进程crash，从而导致系统重启，是一个典型的拒绝服务漏洞。也就是说，任意一个低权限的进程可以随时进行攻击，导致系统重启。

再举个例子，假设某手机厂家的系统指纹服务有个接口叫DeleteFingerPrint()，用于删除用户指纹，该服务的实现没有进行权限判断和参数校验，恶意攻击者就有可能构造参数，非法调用该服务的方法，把用户的指纹信息删除。

重要的事情要说三遍！

参数要做检查

今天先写到这里，写得有点乱，后续再更新一下。如果你喜欢扣吧的文章，请多多留言支持~

原文地址：http://colbert337.github.io/2016/01/25/binder-fuzz/

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