Exchange安全漏洞分析：ProxyOracle攻击链详解

Orange：MS Exchange新攻击面第二部分 - ProxyOracle！

作者：Orange Tsai(@orange_8361)

嗨，这是新MS Exchange攻击面的第二部分。由于本文涉及前一篇文章中的几个架构介绍和攻击面概念，您可以在以下位置找到第一篇：

MS Exchange新攻击面第一部分 - ProxyLogon！

这次，我们将介绍ProxyOracle。与ProxyLogon相比，ProxyOracle是一种采用不同方法的有趣漏洞利用。通过简单地引导用户访问恶意链接，ProxyOracle允许攻击者完全以明文格式恢复用户的密码。ProxyOracle包含两个漏洞：

CVE-2021-31195 - 反射型跨站脚本
CVE-2021-31196 - Exchange Cookie解析中的填充Oracle攻击

ProxyOracle的位置

那么ProxyOracle在哪里？基于我们之前介绍的CAS架构，CAS的前端首先将用户身份序列化为字符串，并将其放入X-CommonAccessToken的标头中。该标头将合并到客户端的HTTP请求中，随后发送到后端。一旦后端收到，它会将标头反序列化为前端中的原始用户身份。

我们现在知道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知道您的身份并处理您的凭据。Outlook Web Access (OWA)使用一个花哨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，它继承自ProxyModule，并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。为了保持您的登录状态，FBA将用户名和密码保存在Cookie中。每次您访问OWA时，Exchange将解析Cookie，检索凭据并尝试使用该凭据登录。如果登录成功，Exchange会将您的用户身份序列化为字符串，将其放入X-CommonAccessToken的标头中，并将其转发到后端。

HttpProxy\FbaModule.csprotected 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);
}

所有Cookie都被加密，以确保即使攻击者能够劫持HTTP请求，他/她也无法以明文格式获取您的凭据。FBA利用5个特殊的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 - 加密的KEY
• cadataIV - 加密的IV
• cadataSig - 防止篡改的签名

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。用户名和密码随后使用Base64编码，通过AES算法加密，并在Cookie中发送回客户端。同时，IV和KEY也会发送给用户。为了防止客户端直接通过已知的IV和KEY解密凭据，Exchange在发送出去之前会再次使用其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：

@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)

Exchange采用CBC作为其填充模式。如果您熟悉密码学，您可能想知道这里的CBC模式是否容易受到填充Oracle攻击？没错！事实上，在2021年，像Exchange这样重要的软件中仍然存在填充Oracle攻击！

CVE-2021-31196 - 填充Oracle

当FBA出现问题时，Exchange会附加一个错误代码并将HTTP请求重定向回原始登录页面。那么Oracle在哪里？在Cookie解密中，Exchange使用异常来捕获填充错误，并且由于异常，程序立即返回，因此错误代码号为0，表示None：

Location: /OWA/logon.aspx?url=…&reason=0

与填充错误相反，如果解密成功，Exchange将继续认证过程，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，错误代码号为2，表示InvalidCredentials：

Location: /OWA/logon.aspx?url=…&reason=2

图表如下：
[此处应有图表]

有了这个差异，我们现在有了一个Oracle来识别解密过程是否成功。

HttpProxy\FbaModule.csprivate 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;}}
}

需要注意的是，由于IV是使用SSL证书私钥加密的，我们无法通过XOR恢复密文的第一个块。但这不会给我们带来任何问题，因为C#在内部将字符串处理为UTF-16，所以密文的前12个字节必须是B\x00a\x00s\x00i\x00c\x00 \x00。再加上应用了一次Base64编码，我们只会在用户名字段中丢失前1.5个字节。

(16−6×2) ÷ 2 × (3/4) = 1.5

漏洞利用

到目前为止，我们有一个填充Oracle，允许我们解密任何用户的Cookie。但是，我们如何获取客户端Cookie呢？在这里，我们发现了另一个漏洞将它们链接在一起。

XSS窃取客户端Cookie

我们在CAS前端（是的，又是CAS）中发现了一个XSS（CVE-2021-31195）来链接在一起，这个XSS的根本原因相对简单：Exchange在打印数据之前忘记清理数据，因此我们可以使用\从JSON格式中转义并注入任意JavaScript代码。

https://exchange/owa/auth/frowny.aspx
?app=people
&et=ServerError
&esrc=MasterPage
&te=\
&refurl=}}};alert(document.domain)//

但这里又出现了另一个问题：所有敏感Cookie都受HttpOnly标志保护，这使我们无法通过JavaScript访问Cookie。我们该怎么办？

绕过HttpOnly

由于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中使用的SSRF Cookie呢？一旦我们添加了这个Cookie并将后端目标值分配为我们的恶意服务器，Exchange将成为受害者和我们之间的代理。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！

通过将漏洞链接在一起，我们有了一个优雅的漏洞利用，只需向用户发送恶意链接即可窃取任何用户的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认证和用户交互。即使用户关闭浏览器，也不会影响我们的填充Oracle攻击！

以下是演示我们如何恢复受害者密码的演示视频：
[此处应有演示视频]
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