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CVE-2021-39798 Bitmap_createFromParcel反序列化漏洞分析

漏洞简介

Android Bitmap 背景知识

  • Bitmap就是”位图“的概念，是图片在内存中的表示形式，这种格式并不是JPEG、PNG这类编码格式，这种格式通过直接描述每个像素的信息来表示图片，同时也是一种为未压缩的格式。可以将Bitmap转换为各种编码格式，有的格式是有损转换而有的格式是无损的。
  • 在Android系统中，如果两个进程要分享一张图片，首选的是采用通过Binder IPC传递Bitmap的方法。当然也可以将图片以JPEG等格式保存到磁盘上，再通过IPC将文件名称发送给对方，不过直接使用内存来传递Bitmap明显比保存文件这种需要磁盘I/O的方法更具有效率。同时，在Android系统中负责屏幕缓冲区管理的surfaceflinger，在和App通信时也不可能使用保存图片的方式，所以必须采用将bitmap通过Binder IPC传递的方法。
  • 在Android 4.0之前，Android的设计是非常简单的，只能通过Binder IPC直接传递Bitmap，也就是说只能将Bitmap写入Parcel缓冲区，然后再通过内核转发给其他进程，由于每个进程的Binder缓冲区存在大小的限制（一般只有几MB大小），所以早于Android 4.0的系统中，传递大于Binder缓冲区大小的Bitmap会出现Out Of Memory错误而导致无法传递。
  • 为了解决Binder IPC传递Bitmap的效率问题，Android在4.0版本引入了通过ashmem的方式传递Bitmap的方法，也就是说利用匿名共享内存，直接把Bitmap写入这块共享内存中，然后再将fd发送给其他进程，这样一来就无需通过内核转发这块内存，也不会受Binder缓冲区大小的限制了。当然Android只会在Bitmap大于一定大小（IN_PLACE_BLOB_LIMIT）的时候才使用ashmem传递，如果是小Bitmap的话依旧使用Binder缓冲区直接进行传输，这种方式称为Blob传输。

漏洞分析

  • 漏洞位于在Bitmap_createFromParcel中，是一个典型的从Parcel对象创建一个Bitmap的函数 
    static jobject Bitmap_createFromParcel(JNIEnv* env, jobject, jobject parcel) {
#ifdef __ANDROID__ // Layoutlib does not support parcel
if (parcel == NULL) {
    jniThrowNullPointerException(env, "parcel cannot be null");
    return NULL;
}
ScopedParcel p(env, parcel);
//...
const int32_t width = p.readInt32();  // [1]
const int32_t height = p.readInt32();
const int32_t rowBytes = p.readInt32();
const int32_t density = p.readInt32();
//...
auto imageInfo = SkImageInfo::Make(width, height, colorType, alphaType, colorSpace);
size_t allocationSize = 0;
//...
if (!Bitmap::computeAllocationSize(rowBytes, height, &allocationSize)) {  // [2]
    jniThrowExceptionFmt(env, RuntimeException,
                         "Received bad bitmap size: width=%d, height=%d, rowBytes=%d", width,
                         height, rowBytes);
    return NULL;
}
sk_sp<Bitmap> nativeBitmap;
binder_status_t error = readBlob(  // [3]
        p.get(),
        // In place callback
        [&](std::unique_ptr<int8_t[]> buffer, int32_t size) {
            nativeBitmap = Bitmap::allocateHeapBitmap(allocationSize, imageInfo, rowBytes); // [4]
            if (nativeBitmap) {
                memcpy(nativeBitmap->pixels(), buffer.get(), size);  // [5]
            }
        },
        // Ashmem callback
        [&](android::base::unique_fd fd, int32_t size) {
           //...
        });
//...
}
  • 在[1]处，从Parcel读取了width，height，rowBytes，density等数值，这些数值是发送者可控的
  • 在[2]处会计算分配空间的大小，实际上就是rowBytes * height，这个函数里面做了完善的整数溢出检查，不存在问题。
  • 计算好了allocationSize之后会在[3]处调用readBlob去读取Parcel中的blob数据，并且返回读取到的缓冲区指针buffer和读取的大小size。接下来在[4]处allocateHeapBitmap会根据allocationSize来分配存储Bitmap的堆空间，然后在[5]处将buffer中的内容全数拷贝到nativeBitmap→pixels()，也就是这块堆空间中。
  • 这里面需要解释一下这个回调函数中size大小的来源：可以看到，回调函数中的size实际上来源于data结构体中的size成员，而这个data.size则来源于AParcel_readByteArray回调中的length，查看AParcel_readByteArray函数的实现可以知道，length实际上是总size除以单元大小得到的，这里面的单元是int8，也就是1个字节，所以length就相当于总长度。这里面AParcel_readByteArray并不会关心Bitmap那边分配的allocationSize的大小，而是完全按照通用Parcel读取的逻辑去实现的。
  • 所以这里面存在的漏洞是，由于allocationSize是根据用户的输入计算出的，同时我们还可以控制blob的数据大小，如果我们指定一个较小的rowBytes和height，也就是计算出一个较小的allocationSize，但是放入很大的blob数据，使得AParcel_readByteArray识别出来的size大于allocationSize的话，则会造成堆缓冲区溢出，这里面看起来溢出的长度（size – allocationSize）和写入的内容（blob在allocationSize位置之后的内容）都是我们可控的。
  • 不过我们不能放入超过Binder缓冲区大小的数据，否则会出现Parcel传输错误。

漏洞补丁

binder_status_t error = readBlob(
            p.get(),
            // In place callback
            [&](std::unique_ptr<int8_t[]> buffer, int32_t size) {
                if (allocationSize > size) {
                    android_errorWriteLog(0x534e4554, "213169612");
                    return STATUS_BAD_VALUE;
                }
                nativeBitmap = Bitmap::allocateHeapBitmap(allocationSize, imageInfo, rowBytes);
                if (nativeBitmap) {
                    memcpy(nativeBitmap->pixels(), buffer.get(), allocationSize);
                    return STATUS_OK;
                }
                return STATUS_NO_MEMORY;
            },
            // Ashmem callback
            [&](android::base::unique_fd fd, int32_t size) {
                //...
            });
  • 可以看到，虽然还是根据allocationSize来分配空间，但是这次不会将buffer的内容全数拷贝，而是只会拷贝allocationSize的大小，和rowBytes和height的信息相匹配的。同时还判断了allocationSize不能过大，不能超过实际blob数据的大小。

影响范围

  • 这个漏洞仅影响Android 12，我们看一下Android 11中相同地方的代码：

    
const int         width = p->readInt32();
const int         height = p->readInt32();
const int         rowBytes = p->readInt32();
const int         density = p->readInt32();

if (kN32_SkColorType != colorType &&
        kRGBA_F16_SkColorType != colorType &&
        kRGB_565_SkColorType != colorType &&
        kARGB_4444_SkColorType != colorType &&
        kAlpha_8_SkColorType != colorType) {
    SkDebugf("Bitmap_createFromParcel unknown colortype: %d\n", colorType);
    return NULL;
}

std::unique_ptr<SkBitmap> bitmap(new SkBitmap);
if (!bitmap->setInfo(SkImageInfo::Make(width, height, colorType, alphaType, colorSpace),
        rowBytes)) {
    return NULL;
}

// Read the bitmap blob.
size_t size = bitmap->computeByteSize();
android::Parcel::ReadableBlob blob;
android::status_t status = p->readBlob(size, &blob);
if (status) {
    doThrowRE(env, "Could not read bitmap blob.");
    return NULL;
}
- 这里也是类似的，读取四个int值，然后调用computeByteSize去计算大小，只不过这里的参数提前通过setInfo传进去了，然后他这里面readBlob的时候直接就是读取了计算出的大小
```cpp
    // Copy the pixels into a new buffer.
    nativeBitmap = Bitmap::allocateHeapBitmap(bitmap.get());
    if (!nativeBitmap) {
        blob.release();
        doThrowRE(env, "Could not allocate java pixel ref.");
        return NULL;
    }
    memcpy(bitmap->getPixels(), blob.data(), size);
    // Release the blob handle.
    blob.release();
  • 在下面allocateHeapBitmap分配Bitmap空间的时候也是使用的Bitmap中现成的参数，和上面的一致，最后将blob的数据拷贝到Bitmap缓冲区中，也是使用size作为大小，这里面size最大也不会超过Binder缓冲区的大小，Parcel的实现中有比较完善的检查，所以不存在漏洞。

总结

  • Bitmap是Android系统的核心类型，在Android 12中这里面还可以出现一个漏洞是比较难以置信的。这个漏洞看起来是Google在代码重构的时候引入的，所以说有时候代码重构能消除漏洞（比如CVE-2020-0096在Android 10重构时消失），也可以引入新的漏洞，可以说是一把双刃剑。

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