miércoles, abril 14, 2021

Qué es una DLL y en qué consiste el DLL Hijacking

La primera vez que nos topamos con el concepto de DLL Hijacking puede resultar un poco tedioso o difícil de comprender. Es habitual acudir a tutoriales y vídeos sobre este ataque para luego replicarlo - y en El lado del mal se ha hablado muchas veces de DLL Hijacking - y comprender en qué consiste. Aunque esto es una buena idea, creo que merece la pena invertir algo de tiempo en comprender algunos fundamentos teóricos relacionados con las DLLs y la forma en la que impacta en la seguridad de Windows.

Figura 1: Qué es una DLL y en qué consiste el DLL Hijacking

Además, como los más expertos saben, esta técnica de DLL Hijacking es una de las utilizadas en esquemas de elevación de privilegios, bypass de AMSI, evadir AppLocker, y, por supuesto, para escapar del User Account Control, en proyectos de Red Team que necesitan de realizar un Hacking de Windows, por lo que hay que conocer los detalles de esta técnica para avanzar en nuestros proyectos de Ethical Hacking.

Figura 2: Libro de Hacking Windows en 0xWord
de Valentín Martín, Carlos García y Pablo González

Para entender lo que es una DLL y la función que cumple vamos a prestar atención a su nombre: Biblioteca de Enlace Dinámico. Si programas en algún lenguaje compilado, como los de la familia del lenguaje de programación C, sabrás que una biblioteca no es otra cosa que un archivo que contiene código (como un conjunto de funciones) ya compilado y listo para ser usado en nuestros propios desarrollos.

Esto nos permite reutilizar código optimizado, testado y bien documentado para ahorramos trabajo y no “reinventar la rueda” como se suele decir. Para hacer uso de una biblioteca, un programa llamado "linker" tiene que enlazar (o vincular) esa biblioteca con nuestro código. Este enlace puede hacerse de dos formas distintas: de forma estática (Static Linking) o de forma dinámica (Dinamic Linking).

Enlace estático (Static Linking)

En este caso el "linker" enlaza la biblioteca justo después de compilar nuestro código y como resultado de este enlazamiento se obtiene el ejecutable final. A efectos prácticos se puede entender este proceso como si el "linker" hiciese un “copia y pega” de las funciones de la biblioteca estática directamente a nuestro código.

Esta forma de enlazar una biblioteca tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Imagina que en tu sistema están corriendo diez programas que hacen uso de una misma biblioteca. Cada uno de esos programas tendría que haberse compilado y enlazado con la biblioteca, aumentando el peso de cada ejecutable en el disco y el espacio que ocupa el proceso en la memoria. Que cada uno de estos programas cargue la misma biblioteca en memoria es algo que no parece muy eficiente, por esta razón existe el enlace dinámico.

Enlace Dinámico (Dinamic Linking)

Para solucionar esta duplicidad de bibliotecas cargadas en la memoria y obtener ejecutables más ligeros se hace uso de bibliotecas compartidas o de enlace dinámico: las famosas DLLs de Windows o los archivos .so (shared object) que tan importantes son también para la seguridad y la explotación de vulnerabilidades en GNU/Linux

Figura 3: Diferencias entre el enlace estático y el enlace dinámico de bibliotecas

En esencia, estas bibliotecas se cargan en un espacio propio de la memoria del sistema y pueden ser accedidas por uno o varios procesos en tiempo de ejecución. Siguiendo con el ejemplo anterior; esos diez procesos harían uso de una misma biblioteca compartida que se ha cargado una sola vez en una partición de la memoria. En la figura anterior se ve más claramente las diferencias entre estas dos formas de vinculación:

La búsqueda predefinida de DLLs en Windows

En posteriores artículos de esta serie profundizaremos más en la manera en la que se vinculan los ejecutables de Windows con las DLLs, pero de momento nos basta con saber que hay dos formas de hacerlo: mediante la vinculación implícita y la explícita.
  • Vinculación implícita (Implicit linking): las DLLs se cargan en la memoria a la vez que el programa que las usa. Es decir, Windows busca las DLLs que tiene que cargar al ejecutar el programa.
Figura 4: Prototipos para LoadLibraryW y LoadLibraryExW
  • Vinculación explícita (Explicit linking): en este caso el sistema carga las DLLs cuando son llamadas por el programa mientras éste se está ejecutando. Esto se consigue mediante el uso de las funciones LoadLibrary y LoadLibraryEx cuyos prototipos son los de la figura anterior.
Lo importante aquí es el parámetro lpLibFileName que reciben estas funciones y que puede hacer referencia a la ruta absoluta o también al nombre de la DLL que el sistema debe cargar. Si la DLL se vincula implícitamente o si en la vinculación explícita no se especifica una ruta en la función LoadLIbrary/LoadLibraryEx, el sistema operativo Windows se encarga de buscar la DLL siguiendo un orden preestablecido. Conocer este comportamiento de Windows es el primer paso para entender el DLL Hijacking, por eso merece la pena prestarle atención a la siguiente figura:

Figura 5: Orden de búsqueda de DLLs de Windows

Antes de buscar la DLL en los archivos del sistema Windows hace dos cosas. Primero comprueba si la DLL está ya cargada en memoria. En caso afirmativo el proceso de búsqueda, se para aquí. Después comprueba si la DLL pertenece a una lista conocida como "Known DLLs". Si está en esa lista, el sistema usará su propia copia de la DLL (incluyendo las dependencias de esa DLL). Puedes encontrar la lista de los "Known DLLs" para tu sistema en el registro:

Figura 6: HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\KnownDLLs.

En cualquiera de estos dos casos la DLL se vinculará con el programa y no existirá oportunidad para un ataque de DLL Hijacking. De otra forma, cuando la DLL no está cargada en memoria y no pertenece a las Known DLL Windows buscará la DLL en los directorios en el orden especificado en la figura anterior.

Figura 7: Máxima Seguridad en Windows Gold Edition
de Sergio de los Santos en 0xWord

De todos estos directorios los más interesantes de cara a un ataque DLL Hijacking son los sombrados en rojo: el propio directorio de la aplicación y aquellos directorios definidos en la variable del sistema %PATH%, ya que son aquellos que tienen mayor probabilidad de contar con permisos mal configurados.

¿Qué es el secuestro de DLL o DLL Hijacking?

Llegados a este punto podemos definir el DLL Hijacking como el abuso de esta búsqueda sistemática de Windows mediante la detección de permisos mal configurados en los directorios en los que se buscan las DLLs. El objetivo de un ataque de DLL Hijacking es aprovechar permisos de escritura en uno de estos directorios para depositar en él una DLL con el mismo nombre que la DLL legítima pero que contenga código malicioso. 

De esta manera el sistema encontrará y cargará esa DLL antes que la DLL legítima que se pretendía cargar. El código malicioso que se introduce en la DLL suele tener el objetivo de elevar privilegios en el sistema, si el proceso que carga esa DLL se ejecuta con privilegios altos, o de generar persistencia si es un proceso que se ejecuta frecuentemente o al iniciarse el sistema.


Figura 8: DLL Hijacking para hacer un bypass de UAC en Windows 10

Aunque el concepto es siempre el mismo, se puede hablar de diferentes variantes o técnicas de DLL Hijacking. Al buscar información sobre este ataque es probable que te encuentres con términos como DLL Sideload o Phantom DLL Hijacking:
  • DLL Sideload: Cuando se cuenta con permisos de escritura en un directorio que aparece en el orden de búsqueda antes que el directorio donde se encuentra el DLL legítimo. En ese directorio se pondrá la DLL maliciosa.
  • Phantom DLL Hijacking: Cuando el DLL no se encuentra en ninguno de los directorios donde se busca y se tienen permisos de escritura en alguno de estos directorios, por lo que se depositará la DLL maliciosa ahí.
Cómo protegerse del DLL Hijacking

Desde el punto de vista de un programador puedes proteger tu programa del DLL Hijacking teniendo en cuenta algunas buenas prácticas de desarrollo:

1) Usar el Full Path de la DLL en las funciones LoadLibraryW / LoadLibraryA y consultar la documentación de las funciones LoadLibraryExW / LoadLibraryExA ya que permiten usar flags para modificar el comportamiento de búsqueda de DLLs por defecto. También hay que tener en cuenta que, cuando la DLL que se va a cargar tiene dependencias, éstas dependencias van a ser buscadas por Windows mediante la búsqueda sistemática habitual incluso cuando hemos especificado el Full Path para esa DLL.

2) Siempre que sea posible se deberían usar DLL firmadas y verificar esa firma antes de cargar la DLL en la memoria. Otra opción es comprobar el hash de la DLL para evitar cargar un DLL cuya integridad ha sido comprometida.

3) No es recomendable instalar programas en la raíz de una partición (por ejemplo: “C:\”) ya que por defecto los directorios creados en la raíz conceden permisos de escritura a cualquier usuario autenticado y es fácil olvidar configurarlos correctamente.

Y, por supuesto, una vez desarrollada tu aplicación conviene analizar su comportamiento para saber si es vulnerable al DLL Hijacking. Esto mismo es lo que haremos en el siguiente artículo de la serie, junto a una demostración del ataque en una aplicación vulnerable.

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