MP4v2视频库漏洞分析

背景介绍

MP4v2是一个读取、创建、编辑MP4媒体文件的开源库。这个开源库在各大Linux发行版仓库中都有提供，也有在Android和iOS上的移植。然而，由于代码较为久远，且似乎已经无人维护，其中存在的安全漏洞较多。最近我们对这个库进行了漏洞挖掘，目前为止已经发现并提交了5个CVE。漏洞的类型也较为典型，例如整数溢出，double free等。在这篇文章中，我们将依次对这些漏洞的成因进行分析。

MP4文件基本结构

我们所常说的.mp4文件，其实是基于MPEG-4标准第14部分(MPEG-4 Part 14)格式定义的视频文件。其基本单元是各种类型的"box"，每个box的header有8 bytes，其中前4 bytes是这个box的大小(big-endian)，后4 bytes是这个box的类型。而且box可以一层层嵌套起来，形成类似于树的结构。具体各box的结构可参见http://xhelmboyx.tripod.com/formats/mp4-layout.txt

在库MP4v2中，用不同类型的"atom"来表示这些box：

可以看到，box，或者说atom的种类是非常之多的，以上仅仅是类型以"d"开头的box。而正是由于各种box的不同排列组合，给MP4文件的解析带来了极大的复杂性，从而也为MP4v2带来了较多的安全隐患。

CVE-2018-14054

这是一个double free漏洞，具体来说，是一个32 bytes大小的fastbin double free。

当解析遇到类型为的box时，会首先创建一个，这个类的构造函数中包含以下代码：

这里创建了一个名为，固定大小为32，初始值为的属性。而创建属性的过程中会为这个初始值分配大小为32 bytes的内存空间：

接下来，会解析"mp4v"的具体内容，这是通过调用atom的虚函数Read来完成：

可以看到，一旦在解析过程中捕获异常，便会将所创建的atom释放。而调用析构函数时，会free掉上面为属性所分配的内存。

另一方面，在解析MP4Mp4vAtom的过程中，会读取属性的实际值。为了避免内存泄漏，读取属性的值时，会先将保存默认值的内存释放掉，再重新分配内存保存读到的内容：

这里的便构成了第一次free，而只要在重新为赋值之前触发异常，那么的值仍然是被free掉的内存，并且会进入异常捕获函数。如上面所说，在捕获函数中对atom进行析构时，又会再一次触发free，从而构成了double free。

而想要触发异常，需要在的read相关函数中完成。检查这些函数的实现可知，如果实际读取的长度小于需要读取的长度，就会抛出异常：

所以，只需要截断MP4文件，让其无法读取足够的内容即可触发异常，从而按照上面所说的流程，发生double free。

CVE-2018-14325和CVE-2018-14326

这两个漏洞是整数溢出漏洞，一个是下溢(underflow)，一个是上溢(overflow)。

在文章的起始处，我们简单介绍过MP4文件中每个box的基本格式：起始4 bytes是这个box的大小，接下来4 bytes是这个box的类型。而MP4v2在处理box的大小时，就可能发生整数下溢：

这里的即为读取到这个box的大小，即为box的header的大小，一般为8 bytes。正常的box包含header和数据，大小肯定是大于8 bytes的。但是如果构造一个恶意的box，并且将其大小设置为7 bytes，那么计算得到这个box的数据部分大小就是-1=0xffffffff bytes了，而这明显是有问题的。

例如，对于类型为的box来说，会根据数据的大小来更新数组：

一旦box的数据大小因溢出而变得巨大，那么SetCount函数就会触发内存访问错误：

另一方面，在对数组大小进行调整时，存在整数上溢漏洞。我们来看上面的Resize函数的实现：

可以看到，这里是用数组元素的数量乘以大小，从而得到需要分配的内存。但是这个整数乘法是存在溢出的漏洞的：一旦元素数量过大，乘法得到的结果很可能会变成一个比较小的数甚至是0。那么随后对这个数组的处理也会发生越界访问。

下面就是一个POC，可以看到这个MP4文件只有一个 box，而且大小正好是7 bytes。一旦运行解析这个文件，就会发生段错误：

CVE-2018-14379

这是一个类型混淆漏洞(type confusion)，其成因在于MP4v2没有考虑到不按照规则排列的box。

具体地，类型为的box包含了视频的一些tag信息，例如作者、专辑、年份等。在MP4v2的实现中，包含一批子box，每个子box用来保存，分别对应各项信息；而这些信息实际的值，则是在的子box中，其类型为，用来保存。所以，基本的树形结构类似于这样：

在MP4v2的代码中，是这样构造这些atom的：

可以看到，如果一个box的父box是类型的，那么就会认为这是一个item，并用来保存；如果一个类型为的box的祖先有，但父box不是，那么就认为这是存储实际信息的data box，并用来保存。

正常的MP4文件，这样处理自然是没有问题的。但是如果我们构造了一个畸形的MP4，其中的子box是，孙box是，那么按照上面的代码，子box会用来保存，但是孙box仍然会用而非，这就造成了一个类型错误。

当全部box都解析完成后，如果需要显示MP4的tag信息，就会对之前构造的atoms进行读取：

这里会先取出保存的atom，遍历其子atom，并对每个视为的子atom提取其信息：

而之前用保存的孙box，这里就会被直接转化成访问。这两个类的布局是存在差异的，这样的类型错误就会造成内存越界访问：

CVE-2018-14403

这也是一个类型混淆漏洞，与前一个所不同的是，这个漏洞的成因在于字符串比较。

具体地，如果需要寻找特定类型的atom，会遍历atom树的每个元素，并检查其类型是否是我们所需要的：

但是，比较两个类型字符串的函数是存在问题的：

可以看到，如果字符串比短，而且两者的前几个字符是相同的，那么这个函数就会认为与是相同的。例如，会返回，但是类型为的atom并不是我们想要的。

另一方面，在解析文件并构造atom时，是严格按照读取到的4 bytes来决定用哪一个atom。因此，这里就可能存在类型错误，即我们寻找到的特定类型的atom，其实际的class可能是另外一种atom。

例如，MP4v2会用这个atom来保存类型为的box。在MP4文件解析完成，生成track信息时，会查找类型为的atom：

如果我们的MP4文件中并没有这个类型的box，但是有类型为的box，那么在解析生成atom时，并不会生成。而上面的，却又可以找到一个atom，虽然这个atom的类型并不是。那么接下来，这个atom就会被当成错误使用，从而造成内存越界访问。

经过进一步分析调试，我们重新组织排列了一批box，使得32位程序对于上面的访问，会最终根据trackID的内容生成地址去访问，而trackID的值是我们可以控制的。在下面的POC中，我们构造了一个特殊的MP4文件，使得最终会读取处的内容：

总结

可以看到，MP4v2的代码存在较多的问题，而且漏洞的原理也都比较清晰。目前发现的这些漏洞，基本都是内存访问错误造成程序崩溃。但能否进一步利用，以及如何进一步利用，还需要我们继续学习研究。

参考资料

[1] https://code.google.com/archive/p/mp4v2/

[2] http://xhelmboyx.tripod.com/formats/mp4-layout.txt

[3] http://www.openwall.com/lists/oss-security/2018/07/13/1

[4] http://www.openwall.com/lists/oss-security/2018/07/16/1

[5] http://www.openwall.com/lists/oss-security/2018/07/17/1

[6] http://www.openwall.com/lists/oss-security/2018/07/18/3