Orange: MS Exchange新型攻击面分析第二弹 - ProxyOracle！
Orange发言 :)
2021年8月6日 星期五
MS Exchange新型攻击面分析第二弹 - ProxyOracle！
作者： Orange Tsai(@orange_8361)
大家好，这是MS Exchange新型攻击面分析系列的第二部分。由于本文涉及前文中的架构介绍和攻击面概念，您可以在以下链接找到第一部分内容：
A New Attack Surface on MS Exchange Part 1 - ProxyLogon!
本次我们将介绍ProxyOracle。与ProxyLogon相比，ProxyOracle采用了一种不同的有趣利用方式。通过简单诱导用户访问恶意链接，ProxyOracle允许攻击者完全恢复用户的明文密码。ProxyOracle包含两个漏洞：
- CVE-2021-31195 - 反射型跨站脚本攻击
- CVE-2021-31196 - Exchange Cookie解析中的Padding Oracle攻击
ProxyOracle位于何处？
基于之前介绍的CAS架构，CAS前端首先会将用户身份序列化为字符串并放入X-CommonAccessToken头部。该头部将被合并到客户端的HTTP请求中，随后发送到后端。后端接收后，会将头部反序列化为前端原始的用户身份。
现在我们了解了前端和后端如何同步用户身份。接下来要解释的是前端如何识别您的身份并处理凭据。Outlook Web Access（OWA）使用一个精美的界面来处理整个登录机制，称为基于表单的身份验证（FBA）。FBA是一个特殊的IIS模块，继承自ProxyModule，负责在进入代理逻辑之前执行凭据和Cookie之间的转换。
FBA机制
HTTP是一种无状态协议。为了保持登录状态，FBA将用户名和密码保存在Cookie中。每次访问OWA时，Exchange会解析Cookie，检索凭据并尝试登录。如果登录成功，Exchange会将您的用户身份序列化为字符串，放入X-CommonAccessToken头部，并转发到后端。
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HttpProxy\FbaModule.cs
protected override void OnBeginRequestInternal(HttpApplication httpApplication) {
httpApplication.Context.Items["AuthType"] = "FBA";
if (!this.HandleFbaAuthFormPost(httpApplication)) {
try {
this.ParseCadataCookies(httpApplication);
} catch (MissingSslCertificateException) {
NameValueCollection nameValueCollection = new NameValueCollection();
nameValueCollection.Add("CafeError", ErrorFE.FEErrorCodes.SSLCertificateProblem.ToString());
throw new HttpException(302, AspNetHelper.GetCafeErrorPageRedirectUrl(httpApplication.Context, nameValueCollection));
}
}
base.OnBeginRequestInternal(httpApplication);
}
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所有Cookie都经过加密，确保即使攻击者能够劫持HTTP请求，也无法获取明文凭据。FBA利用5个特殊Cookie来完成整个加解密过程：
- cadata - 加密的用户名和密码
- cadataTTL - 生存时间戳
- cadataKey - 加密密钥
- cadataIV - 加密初始化向量
- cadataSig - 防篡改签名
加密逻辑首先生成两个16字节的随机字符串作为当前会话的IV和KEY。用户名和密码经过Base64编码，通过AES算法加密后随Cookie发送回客户端。同时，IV和KEY也会发送给用户。为防止客户端直接使用已知的IV和KEY解密凭据，Exchange在发送前会再次使用其SSL证书私钥通过RSA算法加密IV和KEY！
以下是加密逻辑的伪代码：
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@key = GetServerSSLCert().GetPrivateKey()
cadataSig = RSA(@key).Encrypt("Fba Rocks!")
cadataIV = RSA(@key).Encrypt(GetRandomBytes(16))
cadataKey = RSA(@key).Encrypt(GetRandomBytes(16))
@timestamp = GetCurrentTimestamp()
cadataTTL = AES_CBC(cadataKey, cadataIV).Encrypt(@timestamp)
@blob = "Basic " + ToBase64String(UserName + ":" + Password)
cadata = AES_CBC(cadataKey, cadataIV).Encrypt(@blob)
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Exchange采用CBC作为其填充模式。如果您熟悉密码学，可能会想知道这里的CBC模式是否容易受到Padding Oracle攻击？没错！事实上，Padding Oracle攻击在2021年仍然存在于像Exchange这样的重要软件中！
CVE-2021-31196 - Padding Oracle漏洞
当FBA出现问题时，Exchange会附加错误代码并将HTTP请求重定向回原始登录页面。那么Oracle在哪里？在Cookie解密过程中，Exchange使用异常来捕获填充错误，由于异常，程序立即返回，因此错误代码为0，表示无错误：
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Location: /OWA/logon.aspx?url=…&reason=0
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相比之下，如果解密成功，Exchange将继续身份验证过程并尝试使用损坏的用户名和密码登录。此时，结果必然是失败，错误代码为2，表示无效凭据：
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Location: /OWA/logon.aspx?url=…&reason=2
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示意图如下：通过这种差异，我们现在有了一个Oracle来识别解密过程是否成功。
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HttpProxy\FbaModule.cs
private void ParseCadataCookies(HttpApplication httpApplication)
{
HttpContext context = httpApplication.Context;
HttpRequest request = context.Request;
HttpResponse response = context.Response;
string text = request.Cookies["cadata"].Value;
string text2 = request.Cookies["cadataKey"].Value;
string text3 = request.Cookies["cadataIV"].Value;
string text4 = request.Cookies["cadataSig"].Value;
string text5 = request.Cookies["cadataTTL"].Value;
// ...
RSACryptoServiceProvider rsacryptoServiceProvider = (x509Certificate.PrivateKey as RSACryptoServiceProvider);
byte[] array = null;
byte[] array2 = null;
byte[] rgb2 = Convert.FromBase64String(text2);
byte[] rgb3 = Convert.FromBase64String(text3);
array = rsacryptoServiceProvider.Decrypt(rgb2, true);
array2 = rsacryptoServiceProvider.Decrypt(rgb3, true);
// ...
using (AesCryptoServiceProvider aesCryptoServiceProvider = new AesCryptoServiceProvider()) {
aesCryptoServiceProvider.Key = array;
aesCryptoServiceProvider.IV = array2;
using (ICryptoTransform cryptoTransform2 = aesCryptoServiceProvider.CreateDecryptor()) {
byte[] bytes2 = null;
try {
byte[] array5 = Convert.FromBase64String(text);
bytes2 = cryptoTransform2.TransformFinalBlock(array5, 0, array5.Length);
} catch (CryptographicException ex8) {
if (ExTraceGlobals.VerboseTracer.IsTraceEnabled(1)) {
ExTraceGlobals.VerboseTracer.TraceDebug<CryptographicException>((long)this.GetHashCode(), "[FbaModule::ParseCadataCookies] Received CryptographicException {0} transforming auth", ex8);
}
httpApplication.Response.AppendToLog("&CryptoError=PossibleSSLCertrolloverMismatch");
return;
} catch (FormatException ex9) {
if (ExTraceGlobals.VerboseTracer.IsTraceEnabled(1)) {
ExTraceGlobals.VerboseTracer.TraceDebug<FormatException>((long)this.GetHashCode(), "[FbaModule::ParseCadataCookies] Received FormatException {0} decoding caData auth", ex9);
}
httpApplication.Response.AppendToLog("&DecodeError=InvalidCaDataAuthCookie");
return;
}
string @string = Encoding.Unicode.GetString(bytes2);
request.Headers["Authorization"] = @string;
}
}
}
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需要注意的是，由于IV使用SSL证书私钥加密，我们无法通过XOR恢复密文的第一个块。但这不会造成问题，因为C#内部将字符串处理为UTF-16，因此密文的前12字节必须是B\x00a\x00s\x00i\x00c\x00 \x00。再加上Base64编码，我们只会丢失用户名字段的前1.5字节。
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(16−6×2) ÷ 2 × (3/4) = 1.5
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利用过程
至此，我们有了一个可以解密任何用户Cookie的Padding Oracle。但是，如何获取客户端Cookie呢？这里我们发现了另一个漏洞可以将它们串联起来。
XSS窃取客户端Cookie
我们在CAS前端发现了一个XSS（CVE-2021-31195）漏洞进行串联，这个XSS的根本原因相对简单：Exchange在打印数据前忘记进行清理，使得我们可以使用\从JSON格式中转义并注入任意JavaScript代码。
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https://exchange/owa/auth/frowny.aspx
?app=people
&et=ServerError
&esrc=MasterPage
&te=\
&refurl=}}};alert(document.domain)//
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但这里出现了另一个问题：所有敏感Cookie都受到HttpOnly标志的保护，这使得我们无法通过JavaScript访问Cookie。我们该怎么办？
绕过HttpOnly
既然我们可以在浏览器上执行任意JavaScript，为什么不直接插入我们在ProxyLogon中使用过的SSRF Cookie呢？一旦我们添加这个Cookie并将后端目标值设置为我们的恶意服务器，Exchange将成为受害者与我们之间的代理。然后我们可以接管所有客户端的HTTP静态资源并获取受保护的HttpOnly Cookie！
通过将漏洞串联起来，我们获得了一个优雅的利用方式，仅需向用户发送恶意链接即可窃取其Cookie。值得注意的是，这里的XSS仅帮助我们窃取Cookie，这意味着所有解密过程都不需要任何身份验证和用户交互。即使用户关闭浏览器，也不会影响我们的Padding Oracle攻击！
以下是演示如何恢复受害者密码的演示视频：