联发科芯片 Rootkit 漏洞分析（CVE-2020-0069）

作者：启明星辰ADLab
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一、漏洞背景

2020年3月，谷歌修补了一个存在于联发科芯片中的安全漏洞（CVE-2020-0069），漏洞影响20余款联发科芯片和数百万Android设备。该漏洞存在于MediaTek Command Queue驱动（CMDQ命令队列驱动），允许本地攻击者实现对物理内存地址的任意读写，从而导致权限提升。

二、受影响国产手机型号

Huawei GR3 TAG-L21
Huawei Y5II
Huawei Y6II MT6735 series
Lenovo A5
Lenovo C2 series
Lenovo Tab E7
Lenovo Tab E8
Lenovo Tab2 A10-70F
Meizu M5c
Meizu M6
Meizu Pro 7 Plus
Oppo A59 series
Oppo A5s
Oppo A7x -- up to Android 8.x
Oppo F5 series/A73 -- up to A.39
Oppo F7 series -- Android 8.x only
Oppo F9 series -- Android 8.x only
Oppo R9xm series
Xiaomi Redmi 6/6A series
ZTE Blade A530
ZTE Blade D6/V6
ZTE Quest 5 Z3351S

三、CMDQ驱动简析

DMA（直接内存访问）是允许专用硬件直接从主存储器(RAM)发送或接收数据的一种特性。其目的是通过允许大内存访问而不过多占用CPU来加速系统。MediaTek Command Queue驱动(CMDQ命令队列驱动)允许从用户层与DMA控制器通信，以实现媒体或显示相关的任务。

基于Redmi 6/6A 源代码分析，在cmdq_driver.h头文件中，声明cmdq驱动的IOCTL调用如下：

CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS指令为分配一个DMA缓冲区
CMDQ_IOCTL_FREE_WRITE_ADDRESS指令为释放一个DMA缓冲区
CMDQ_IOCTL_READ_WRITE_ADDRESS指令为读取一个DMA缓冲区中的数据
CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND指令运行发送其他命令

1、分配过程

通过CMDQ_IOCTL_ALLOC_WRITE_ADDRESS调用cmdqCoreAllocWriteAddress ()函数，分配一个DMA缓冲区，该函数关键代码实现如下：

然后，调用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函数分配DMA缓冲区，pWriteAddr->va是虚拟地址，pWriteAddr->pa为物理地址，两者一一对应。并清理缓冲区。

最后，将物理地址赋值到paStart，并将pWriteAddr结构体添加到gCmdqContext.writeAddrList链表中。

2、执行命令过程

在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND调用中，采用cmdqCommandStruct结构体作为参数，结构体定义如下：

pVABase指向用户层存放命令的缓冲区，缓冲区大小放在blockSize中。其中cmdqReadAddressStruct结构体定义如下：

DmaAddresses是要读取的物理地址，读取的值存放在values中。在CMDQ_IOCTL_EXEC_COMMAND命令的执行过程，实现代码如下：

函数调用路径如下：

Cmdq_core_acquire_task()函数会将command绑定到task中执行。具体实现如下：

调用cmdq_core_find_free_task()函数获取一个空闲task。拿到空闲task并进行一些初始化设置，然后开始调用cmdq_core_insert_read_reg_command()函数执行命令。

该函数实现分析，先拷贝用户层传入的命令到DMA缓冲区中。

pCommandDesc->pVABase是存放命令的内存起始地址。拷贝完命令后，后面分几种方式结尾。

这里不做深究，最后拷贝EOC和JUMP指令结尾。这里也是将用户层传入的命令拷贝过来。

从cmdq_core_acquire_task()函数中返回后，如下：

调用cmdq_core_consume_waiting_list()函数执行task。先从等待队列中获取task。

然后，获取空闲内核线程。

最后，将task绑定到thread中去执行。

四、读写命令分析

以cmdq_test.c测试代码为例，分析理解一个完整的读写命令构造。cmdq驱动中定义了两类寄存器，一类是地址寄存器用于存放地址，一类是数值寄存器用于存放读取或写入的数值。

regResults是虚拟地址，调用cmdq_core_alloc_hw_buffer()函数分配一个dma地址，regResultsMVA与之对应，然后设置regResults中的数据。开始拼接读取和写入命令：

将regResults[0]的地址写入CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST类型的地址寄存器中。

然后，从CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中读取数据并写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中。这时候，CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的值应该为0xdeaddead。

接着，将regResults[1]的地址转存到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中。

最后，将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的0xdeaddead写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的regResults[1]的地址中。即regResults[1]=0xdeaddead。判断regResults[0]和regResults[1]是否相等。

如果相等，说明读写成功。

五、PoC分析与测试

（1）PoC代码中，执行写操作的关键代码如下：

写入过程中，先将value[count]移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中，然后将pa_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，最后将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中的value写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中保存的pa_address+offset地址中，即*(pa_address+offset) = value[count]。

（2）PoC代码中，执行读操作的关键代码如下：

读取过程中，第一步先将pa_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，然后从CMDQ_DATA__REG_DEBUG_DST地址寄存器中存储的地址pa_address+offset中读取数据放到CMDQ_DATA_REG_DEBUG数据寄存器中，再将dma_address+offset地址移动到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中，最后将CMDQ_DATA_REG_DEBUG数值寄存器中保存的数据写入到CMDQ_DATA_REG_DEBUG_DST地址寄存器中存储的dma_address+offset地址中，即(dma_address + offset) = (pa_address + offset)。

（3）在Reami6测试机中，执行PoC测试，成功将Linux修改成minix。

六、参考链接

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