背景內(nèi)容
在分析iOS平臺(tái)上與沙盒逃逸有關(guān)的攻擊面時(shí)，我們?cè)趇Cloud鑰匙串同步功能的OTR實(shí)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)嚴(yán)重的安全漏洞。
iCloud鑰匙串同步功能允許用戶以一種安全的方式跨設(shè)備共享自己的密碼。該協(xié)議與其他跨設(shè)備密碼共享機(jī)制（例如谷歌Chrome的密碼同步功能）相比，安全性有顯著的提升，因?yàn)樗捎玫亩说蕉思用苁褂昧嗽O(shè)備綁定型（device-specific）密鑰，而這種加密方式能夠顯著提升iCloud鑰匙串同步機(jī)制的安全性，即使用戶的密碼被盜或者iCloud后臺(tái)服務(wù)器受到攻擊，用戶的安全也能夠得到有效的保障。
但是，我們此次所發(fā)現(xiàn)的這個(gè)漏洞破壞了這種端到端加密的安全性，并有可能允許潛在的攻擊者竊取用戶的鑰匙串信息。在這篇文章中，我們將給大家詳細(xì)描述這個(gè)漏洞。
iCloud鑰匙串同步技術(shù)概覽
iCloud鑰匙串最早與iOS7被引入，該功能允許用戶跨設(shè)備共享自己的密碼和信用卡數(shù)據(jù)。除此之外，iCloud鑰匙串同步功能還可以讓用戶輕松地在設(shè)備間安全同步隱私信息，而且iCloud鑰匙串恢復(fù)機(jī)制還可以在用戶遺失了設(shè)備后，幫助他們恢復(fù)iCloud鑰匙串?dāng)?shù)據(jù)。
為了提升安全性，iCloud鑰匙串同步功能在交換鑰匙串對(duì)象時(shí)采用了端到端加密，這樣就可以保證只有參與鑰匙串交換的雙方設(shè)備才可以解密這些信息。加密過程依賴于一個(gè)同步識(shí)別密鑰（每臺(tái)設(shè)備只有一個(gè)），共享信息的明文數(shù)據(jù)以及加密密鑰都不會(huì)暴露給iCloud。這也就意味著，即使你可以無限制地訪問iCloud后臺(tái)服務(wù)器或iCloud通信數(shù)據(jù)，你也無法解密出鑰匙串?dāng)?shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)的傳輸是通過iCloud鍵值存儲(chǔ)（與每一個(gè)iCloud賬戶單獨(dú)綁定）實(shí)現(xiàn)的，蘋果應(yīng)用和第三方應(yīng)用都可以使用鍵值存儲(chǔ)來為注冊(cè)了iCLoud服務(wù)的用戶同步數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序只能訪問當(dāng)前用戶標(biāo)識(shí)所允許的鍵值存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而iCloud系統(tǒng)服務(wù)控制著應(yīng)用與鍵值存儲(chǔ)服務(wù)器之間的通信連接。與iCloud鍵值存儲(chǔ)的直接通信要求用戶提供密碼憑證或iCLoud認(rèn)證令牌。
注：鑰匙串同步存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所使用的識(shí)別符為com.apple.security.cloudkeychainproxy3。
交換信息
iCloud鑰匙串同步功能使用了一個(gè)自定義的開源OTR實(shí)現(xiàn)，這種OTR（Off-The-Record）信息協(xié)議具有不可否認(rèn)性和前向安全性等特征。
為了接收或發(fā)送OTR數(shù)據(jù)，一臺(tái)設(shè)備必須是“signed-syncing-circle”中的一部分，并存儲(chǔ)在iCloud KVS之中。除了與每一臺(tái)設(shè)備相關(guān)的元數(shù)據(jù)之外，其中還包含有每臺(tái)設(shè)備所對(duì)應(yīng)的公共同步身份密鑰。
系統(tǒng)采用了CTR模式的AES-128對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，并且使用了ECDH認(rèn)證密鑰交換算法。認(rèn)證過程需要用到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的身份密鑰，并且使用了ECDSA簽名算法（SHA-256）。
由于兩臺(tái)設(shè)備間的加密是成對(duì)的，因此一臺(tái)設(shè)備在向另一臺(tái)設(shè)備（必須是“signed-syncing-circle”中的一部分）傳輸新的OTR信息或交換鑰匙串?dāng)?shù)據(jù)時(shí)，必須要發(fā)起OTR會(huì)話協(xié)商。iCloud KVS中的信息屬性必須指定OTR信息的發(fā)送方和接收方，這樣才能保證正確的信息接收設(shè)備可以正常處理消息的內(nèi)容。
這里需要注意的是，默認(rèn)情況下并非每一個(gè)鑰匙串對(duì)象都會(huì)被同步，此時(shí)只有iCloud鑰匙串同步功能的kSecAttrSynchronizable屬性中所設(shè)置的那些鑰匙串對(duì)象才會(huì)進(jìn)行同步，其中包括系統(tǒng)WiFI密碼和Safari憑證（例如信用卡卡號(hào)）。
加入“signed-syncing-circle”（簽名同步環(huán)）
iOS安全指南對(duì)其的描述如下：
“signed-syncing-circle”可以用來構(gòu)建一個(gè)由多臺(tái)受信任設(shè)備所組成的一個(gè)組（Group）。其中，每一臺(tái)設(shè)備都要生成其自己的同步身份密鑰對(duì)（橢圓曲線密鑰），私鑰存儲(chǔ)在鑰匙串的‘kSecAttrAccessibleAlwaysThisDeviceOnlyPrivate’屬性之中，所以只有當(dāng)設(shè)備解鎖后才可以訪問。注：“signed-syncing-circle”的簽名需要每臺(tái)設(shè)備的同步身份私鑰和用戶的iCloud密鑰。
為了讓一臺(tái)新設(shè)備加入到“signed-syncing-circle”之中，circle中現(xiàn)存的設(shè)備成員必須接受應(yīng)用發(fā)出的ticket并將請(qǐng)求成員的公鑰添加到circle之中。這個(gè)ticket必須通過用戶的iCloud密鑰進(jìn)行簽名，而請(qǐng)求過程同樣需要用戶輸入自己的iCloud密碼。這就意味著，用戶需要在請(qǐng)求設(shè)備以及circle中已存在的設(shè)備上進(jìn)行交互操作，并通過用戶當(dāng)前的iCloud密碼來驗(yàn)證這些設(shè)備的真實(shí)性和有效性。
鑰匙串同步漏洞
我們所發(fā)現(xiàn)的這個(gè)漏洞存在于OTR的簽名認(rèn)證程序中。由于系統(tǒng)沒有對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚�，攻擊者將有可能繞過這種簽名驗(yàn)證機(jī)制。
源代碼：Security-57740.31.2/OSX/sec/Security/SecOTRSessionAKE.c
static OSStatus SecVerifySignatureAndMac(SecOTRSessionRefsession,
bool usePrimes,
const uint8_t **signatureAndMacBytes,
size_t *signatureAndMacSize)
{
OSStatus result = errSecDecode;
…
result = ReadLong(signatureAndMacBytes, signatureAndMacSize,&xbSize); [1]
require_noerr(result, exit);
require_action(xbSize > 4, exit, result = errSecDecode);
require_action(xbSize exit,result = errSecDecode);
uint8_t signatureMac[CCSHA256_OUTPUT_SIZE];
cchmac(ccsha256_di(), sizeof(m2), m2, xbSize + 4,encSigDataBlobStart, signatureMac);
require(xbSize + kSHA256HMAC160Bytes exit); [2]
…
exit:
bzero(m1, sizeof(m1));
bzero(m2, sizeof(m2));
bzero(c, sizeof(c));
return result;
}
我們可以看到代碼中標(biāo)注了【1】的那一行，當(dāng)程序成功從進(jìn)來的握手信息中提取出了4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)，返回代碼被設(shè)置為了‘errSecSuccess’。然后看【2】的那一行，如果傳入的信息長度太短以至于無法保存HMAC數(shù)據(jù)，那么函數(shù)將會(huì)退出運(yùn)行。然而，返回代碼會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為簽名認(rèn)證已經(jīng)成功了。這將允許攻擊者偽造一個(gè)能夠成功協(xié)商密鑰的OTR信息，然后繞過現(xiàn)有的簽名驗(yàn)證機(jī)制。
影響
考慮到OTR在實(shí)現(xiàn)加密時(shí)采用的是臨時(shí)密鑰，所以這個(gè)漏洞也就意味著攻擊者在接收秘密信息時(shí)不用再去進(jìn)行OTR會(huì)話協(xié)商了。雖然攻擊者無法利用這個(gè)漏洞加入到“signedsyncing circle”之中，但他們可以冒充circle內(nèi)的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且在鑰匙串對(duì)象同步的過程中攔截鑰匙串?dāng)?shù)據(jù)。
篇尾語
我個(gè)人認(rèn)為，我們應(yīng)該重新審視一下密碼的安全性問題了。在過去的幾年里，很多在事件應(yīng)急響應(yīng)團(tuán)隊(duì)或政府執(zhí)法部門工作的技術(shù)人員已經(jīng)見過了很多由密碼重用所帶來的密碼安全問題，但攻擊者現(xiàn)在的技術(shù)已經(jīng)不僅僅是通過釣魚網(wǎng)站來竊取密碼這么簡(jiǎn)單了，因此保障密碼的安全才會(huì)變得如此的重要。但是我們應(yīng)該注意一點(diǎn)，由于未來可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)是我們無法預(yù)料到的，而根據(jù)目前的情況來看，密碼也許已經(jīng)不是我們保護(hù)敏感數(shù)據(jù)時(shí)的首選方案了。
更新：就在不久之前我們被告知，我們已經(jīng)得到了在2017年BlackHat黑客大會(huì)上討論“iCloud鑰匙串竊取”這一主題的機(jī)會(huì)，希望感興趣的同學(xué)能夠及時(shí)關(guān)注。
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