小路的博客

Android 系统安全和黑灰产对抗

Android系统架构和攻击面

Android系统架构（安全视角）

  • 第三方应用：设备启用后，用户自行下载和安装的应用，只能通过系统框架来访问绝大多数系统资源。
  • 系统应用：设备出厂预安装的应用，可能具有system_app权限、平台签名权限、特许权限。当然也可能没有特殊的权限，这种本质上和第三方应用区别不大。
  • 系统框架：特指系统中的一个特殊进程system_server，它的权限比system_app要高，主要功能是维护应用执行所需的环境，以及向应用提供各种系统功能的接口，这些接口以系统服务(System Service)的形式提供。
  • Native库：泛指使用C/C++语言开发的用户态程序，包括被system_server进程加载的一些Native库、Native原生进程。负责管理系统底层的功能，例如系统服务、存储、各类附加芯片等，这些进程也会以系统服务的形式提供一些接口。但是出于安全起见，应用一般不允许直接访问到这些进程，而必须经过系统框架中的代理接口来进行。
  • Runtime：ART虚拟机，在Android 4.4之前是Davilk虚拟机，这部分代码运行在应用进程中。
  • Linux内核：Android使用了一系列定制版的Linux内核分支，用于支持一些Android特有的功能，例如Binder通信机制、ashasm共享内存等。同时也限制了很多桌面Linux发行版内核中的功能和攻击面。
  • TEE：依托于ARM TrustZone机制实现的小型子系统，独立于Android系统运行，专门用于实现高安全性的功能，典型的应用是锁屏密码、指纹和人脸解锁、密钥存储、DRM版权保护等。
  • SE：Android厂商阵营为了模仿Apple安全隔区(Secure Element)而实现的安全组件，运行在独立于主SoC芯片的单独安全芯片上，并运行简单的操作系统。典型实现有Google Pixel的Titan M2、三星Galaxy S20开始搭载的安全芯片、华为Mate 40 Pro和Mate 60系列的海思安全芯片。

Android安全模型和边界

  • Linux UID：每个应用使用一个UID，利用Linux内核的DAC机制进行隔离，保证了不同应用之间无法互相访问其文件，应用也无法直接访问系统进程的文件，也提供了一套可靠的权限检查方式，实际上Android中所有的Permission检查都依赖于Linux UID进行。
  • SELinux (SEAndroid)：Linux UID有个最大问题就是，一旦攻击者提权到system uid或root uid，就会拥有巨大的权限，为了解决这个问题Google在Android 5.0开始引入了成熟的SELinux机制，并且做了适当的精简以适合移动端环境，可以精细化限制Linux文件访问、Socket访问、Binder调用、Property访问。但是要注意SELinux无法实现应用之间的隔离，它仅把应用分为了少数几种类型。

Android系统安全攻击面

传统攻击面

  • mediaserver：Android 5.0之前，mediaserver是安全研究员的乐园，因为这类进程的输入是易于Fuzzing的文件输入，所以自然成为研究员的首选目标。但从Android 5.0引入SELinux以及Android 7.0开始对mediaserver相关进程进行拆分隔离之后，这类攻击面就已经难以造成巨大的危害。
  • bluetooth：在mediaserver漏洞少了之后，从2017年开始安全研究员们又开始专注于研究bluetooth漏洞，毕竟这可以从远程攻入手机，还无需用户交互，同时com.android.bluetooth这个进程到现在也没有像mediaserver那样进行严格的隔离，所以到现在而言AOSP漏洞中的RCE漏洞几乎都是bluetooth漏洞和NFC漏洞。
  • Linux 驱动：虽说Android经过了良好设计，基本不允许应用直接访问驱动，但是例如GPU驱动和Binder驱动是例外，GPU主要是为了高效的图形渲染，而Binder驱动是跨进程调用的基础，所以那些喜欢Linux内核研究的安全研究员，就会选择这类攻击面作为目标。

专有攻击面

  • 应用组件漏洞：通过应用组件的漏洞攻击其他系统应用，最简单的就是各类组件未鉴权导致跨进程访问的问题，最经典的莫过于Intent重定向+FileProvider导致任意文件读写的利用方式。
  • 系统服务接口：系统框架提供了很多给应用的Binder IPC接口，如果没有正确的权限检查，可能导致信息泄露或越权操作。
  • 反序列化漏洞：可以说是Android专有的最精彩的漏洞利用方式，最终可以实现system_app任意文件读写，或接续其它漏洞继续攻击。

黑灰产对抗

恶意软件

恶意软件这个概念从PC安全时代就开始被提及，只不过PC安全时代的恶意软件多用于窃取数据、劫持勒索甚至只是炫耀技术。由于手机承载内容的不同，到移动时代的恶意软件有着不同的目标。

移动端恶意软件的类型

  • 点播吸费：利用发送付费短信的权限，点播运营商服务实现吸费，由于Android 6.0之前没有动态权限授予机制，所以无需用户同意即可实现。
  • 广告推广：随着运营商扣费项目的规范，通过直接吸费变得困难之后，黑产便更多地转向投放广告获取收益，和普通广告不同的是通过系统植入的广告软件会在手机使用过程中进行强制弹出。
  • 窃取隐私：利用通讯录等权限，收集用户隐私数据特别是通讯录，可用于广告推广或其他违法用途。

移动端恶意软件分发渠道

  • 浏览器：从浏览器安装应用是最常规也是最简单的方式。近年来由于厂商对未知应用来源安装应用添加了很多强交互，所以从浏览器安装应用也变得困难，但对于老年以及其它不懂手机的群体来说，还是被诱导的可能。
  • 应用市场：实际上国内大部分安卓应用市场的审核并不严格，特别是使用各种黑科技的应用，更是没有办法进行检测，所以有不少恶意软件就直接上传到应用市场，这样用户会更容易下载到。
  • 快应用：虽然快应用本身的能力很有限，但是快应用作为一个跨端容器可以很方便地嵌入到浏览器广告甚至其它软件中，没有太多的监管同时也很容易引流到厂商的应用市场进行下载，配合应用市场上的恶意应用进行分发。

后台弹窗技术

后台弹窗是2022年以来黑灰产使用的较新技术，Android恶意软件可以在不进入前台的情况下弹出Activity，从而实现弹出广告，绕过了Android 10以来后台Activity启动限制的安全设计。配合获取前台应用信息的漏洞，还可以实现在其他应用在前台时精准弹出广告，提高引流效果，AOSP中曾出现过的经典漏洞有：

  • CVE-2020-0500：InputMethodManagerService中不安全的PendingIntent
  • CVE-2021-39758：VirtualDisplay豁免漏洞
  • CVE-2022-20197：system_server Parcel缓存复用漏洞。因为通过点击Push通知启动应用属于后台弹出Activity，所用PendingIntent被系统附加了后台启动Token到Parcel中，而由于Parcel缓存机制导致最终利用AlarmManager功能弹窗时，之前携带后台启动Token的Parcel被当前PendingIntent复用导致绕过。
    厂商出现的经典漏洞有：
  • system uid存在可见窗口：AlarmManager和JobService启动Activity时都会满足system_server的进程bindService到恶意软件的豁免条件，因为厂商在system uid的进程中实现手势导航导致被系统认为具有可见窗口，所以满足有可见窗口的uid通过bindService绑定的豁免条件，导致漏洞出现。

刷机解锁

刷机在PC时代可能不是一个问题，这可能仅仅指的是在“电脑城”这种地方找人帮忙重装系统，但是在移动时代刷机有了新的含义。而解锁则是移动时代新出现的概念。

刷机解锁的目标

  • 手机root：无论是数码爱好者还是安全研究人员都会有的一个合理需求，早期的KingRoot这类软件和iOS越狱原理类似，都是利用内核漏洞提升到root权限，后来的root方案基本依赖于bootloader解锁。实际上Google官方和很多海外品牌（三星、索尼等）是不排斥bootloader解锁，只是要确保在用户授权的情况下就允许自由刷写非官方签名的镜像。然而大部分国产品牌因为盲目对标苹果，便剥夺了用户自由刷写任意镜像的权利，导致黑灰产会寻找各类bootloader或BootROM的漏洞实现自由刷写非官方签名的镜像和root。
  • 灌装/定制ROM：早期Android没有安全启动机制的时候，线下手机销售门店会和黑灰产合作推广应用获利，这些应用会直接注入到手机ROM包中，用户在未root的情况下无法卸载。Android安全启动普及之后这条路基本行不通。
  • 手机洗白（手撕）：在iOS推出“查找”功能允许即使刷机后也能通过Apple ID阻止激活的安全特性之后，Android厂商纷纷效仿，然而因为技术能力有限导致频频出现绕过的情况，这种手法称为手机洗白。因为主要的目的是刷写被盗的手机并允许二手出售，所以俗称“洗白”，也成为“手撕激活锁”。
  • 保资料解锁：和手机洗白有点类似，不同点是手机洗白是无所谓用户数据的，只需要让手机可以重新使用即可，同时最好可以绕过云端的激活锁逻辑以防止刷机之后再次被锁定。而保资料解锁的关键就是不能丢失用户资料，但是没有绕过云端激活锁逻辑的需求。这种技术会被用于公安取证，允许公安机关在犯罪嫌疑人不配合提供手机锁屏密码的情况下，通过保资料解锁实现提取手机中的数据资料。

刷机解锁利用的技术

  • recovery漏洞：OTA升级流程中是recovery程序中写入升级包到各个正常系统分区完成升级，在数码圈俗称“卡刷”（因早期Android手机内部存储很小，需把升级包放入外置SD卡中且无需连接电脑而得名），实际上除了直接解锁bootloader写入第三方recovery之外，官方的recovery程序也可能存在漏洞。例如最典型的就是升级包检查不严格，或处理升级包的过程中存在溢出问题等。
  • 启动链漏洞：Android启动链整体而言比传统PC要复杂，传统PC只有UEFI负责第一层引导，然后便直接加载Windows内核。Android启动链以华为海思为例，在Android验证启动2.0（AVB 2.0）之前还包含BootROM、xloader、bootloader这些阶段（通过这些阶段写入分区镜像在数码圈俗称“线刷”，因为需要使用USB线连接电脑操作而得名）。实际上前面的组件是为了对标iOS的安全启动功能而实现，这些模块中引入的漏洞也会导致问题。高通的启动链黑灰产和安全研究人员主要集中于EDL模式的研究（9008模式，俗称救砖），高通EDL对应于华为海思和苹果的BootROM部分，而MTK也有类似的模块也是黑灰产和安全研究人员研究的重点。
  • 设备加密漏洞：主要用于实现保资料解锁，部分设备加密的密钥只通过锁屏密码生成，知道算法之后就可以直接进行离线爆破，更安全的设备会使用芯片密钥（相同芯片的机型共享一个密钥）和设备独立密钥（即一机一授权）再加上锁屏密码生成，这类设备就具有更高的安全性，必须窃取到被芯片保护的密钥才能完成保资料解锁。
  • 业务逻辑漏洞：有些时候实现手机洗白的攻击只需要通过一些上层业务逻辑漏洞实现，比如在Android开箱体验（OOBE）程序中的逻辑漏洞，典型的有通过紧急呼叫、Talkback实现逻辑绕过进入桌面。还有的是利用激活锁云端逻辑的漏洞进行攻击，例如锁屏密码解锁激活锁功能，这些都是黑灰产和安全研究人员喜欢研究的部分。

参考

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