CVE-2020-0601漏洞分析

0x00 漏洞描述

2020年1月15日，微软公布了1月份的补丁更新列表，其中存在一个位于CryptoAPI椭圆曲线密码(ECC)证书检测绕过相关的漏洞(CVE-2020-0601)，该漏洞为NSA发现并汇报给微软。攻击者可以利用这个漏洞，使用伪造的代码签名证书对恶意的可执行文件进行签名，并以此恶意文件来进行攻击。

0x01 补丁分析

从微软的官方介绍上可知，此漏洞存在于crypt32.dll文件。在官方网站下载了补丁文件升级更新后，新的crypt32.dll与未更新的版本对比如下：

从图中可以看出，CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy函数存在改动，查看引用该函数的地方：

从图可知，函数CertVerifyCertificateChainPolicy中有两处调用了CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy函数，查看CertVerifyCertificateChainPolicy的代码：

从上图代码可知，函数CertVerifyCertificateChainPolicy将四个参数pszPolicyOID, pChainContext, pPolicyPara, pPolicyStatus直接传递给了CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy，并未做处理。接着查看CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy的代码。

注意到CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy函数中有多处形如memcmp(v16, &pbComputedHash, 0x20u)的内存对比代码，其中v16是crypt32.dll某处固定的数据，pbComputedHash是由CryptHashCertificate2函数计算过的hash值，0x20u是指对比的内存长度，刚好是ECC数字签名证书的指纹hash长度，这可以通过查看ECC根证书的详细信息可知。

而CryptHashCertificate2函数传入的值由CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy的参数解析而来，并且只包含了公钥信息。由此可以判断，虽然函数CertVerifyCertificateChainPolicy将参数pszPolicyOID, pChainContext, pPolicyPara, pPolicyStatus都传递给了CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy函数，但CertDllVerifyMicrosoftRootCertificateChainPolicy函数只利用了其中的公钥信息，存在参数校验不全的逻辑缺陷。至于为什么只校验公钥信息就会被伪造的数字签名绕过检查，在介绍CVE-2020-0601漏洞原理之前，我们先来简单介绍下椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。

0x02 椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）

在2009年修订的FIPS 186加入了基于椭圆曲线密码的数字签名方法，称其为椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）。由于椭圆曲线密码效率方面的优势，ECDSA的应用越来越广泛。

ECDSA算法过程如下：

• 参与数字签名的所有方都使用相同的全局域参数，用于定义椭圆曲线以及曲线上的基点。
• 签名者首先需要生成一对公钥、私钥。签名者可以选择一个随机数作为私钥，使用随机数和基点，可以计算椭圆曲线上的另一个解点，作为公钥。
• 对于待签名的消息计算其Hash值。签名者使用私钥、全局域参数、Hash值产生签名，包括两个整数r和s。
• 验证者使用签名者的公钥、全局域参数、整数s作为输入，计算v，并与r比较。如果两者相等，则签名通过。

0x03 漏洞原理

通常，签名者产生一对公私钥后，要去证书中心（certificate authority，简称CA），为公钥做认证，以此来证明签名者本身身份。证书中心用自己的私钥，对签名者的公钥和一些相关信息一起做签名，生成数字证书（Digital Certificate）。由补丁分析部分可知，微软在对数字签名做合法校验时，支持椭圆曲线参数的自定义输入，又只对公钥信息做校验，存在严重缺陷。

攻击者可以传入自定义的全局域参数、签名信息s，只需要公钥信息与系统ECC根证书Microsoft ECC Product Root Certificate Authority 2018的公钥保持一致，就可以绕过校验逻辑，让数字签名信息看起来就是ECC根证书签发的一样。而这，是很容易做到的。

假设ECC根证书的私钥是d(对攻击者未知)，基点是G，公钥是Q=dG。攻击者可以选择跟ECC根证书一样的椭圆曲线，只需d’=1(单位元)，G‘=Q，则Q‘=d’G’=Q，从而完成攻击。

0x04 漏洞验证

提取ECC根证书公钥信息

生成伪造的ECC根证书

生成代码签名用的证书，并用伪造的ECC根证书做签名

打包数字签名证书

对可执行文件CVE20200601.exe签名

在未打补丁的机器上，可执行文件CVE20200601.exe的数字签名校验通过

打完补丁后，可执行文件CVE20200601.exe的数字签名信息无法验证。

0x05 参考资料

https://portal.msrc.microsoft.com/en-us/security-guidance/advisory/CVE-2020-0601

《密码编码学与网络安全——原理与实践（第六版）》

http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/08/what_is_a_digital_signature.html

https://github.com/ollypwn/cve-2020-0601

https://medium.com/hackernoon/bluetooth-hacking-cheating-in-elliptic-curve-billiards-c092fdf70aae