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深度解析AppContainer工作机制


0x00 前言

Win8开始,Windows引入了新的进程隔离机制AppContainer,MetroAPP以及开启EPM的IE Tab进程都运行在AppContainer隔离环境,在最新的Win10Pre(9926)上,仍然如此。腾讯反病毒实验室对AppContainer的工作机制做一深入解读。

0x01 AppContainer带来的变化

Vista以前的系统,如XP,用安全描述符(简称SD,下同)里的DACL(discretionary access control list)来控制用户和用户组的访问权限。

Vista以后,增加了Integrity Mechanism,在SD的SACL(system access control list)里增加一个mandatory label的ACE,扩展了Windows安全体系。默认的控制策略是No-Write-Up,允许较低完整性级别的进程读访问较高完整性级别的对象;禁止较低完整性级别的进程写访问较高完整性级别的对象。

Win8引入了AppContainer隔离机制,提供了更细粒度的权限控制,能够阻止对未授权对象的读写访问。

以Win10PreX64(9926)开启EPM的IE Tab进程为例,看看有哪些变化。

从Process Explorer里可以看到,IE Tab进程的完整性级别不再是Low,而是变成了AppContainer:

enter image description here 图1

在进程属性的Security标签可以看到,增加了标志为AppContainer以及Capability的SID:

enter image description here 图2

一个AppContainer进程可以访问的对象,在SD的DACL里增加了额外的ACE。以IE Tab进程的进程对象为例:

enter image description here 图3

0x02 如何使用AppContainer隔离机制

这里我们不讨论MetroAPP,主要看看DesktopAPP如何使用AppContainer隔离机制。

仍然以Win10PreX64(9926)开启EPM的IE Tab进程为例:在IE选项里开启EPM,下断点nt!NtCreateLowBoxToken,然后新建IE Tab,命中断点,截取最上面的几层调用栈:

enter image description here 图4

可见,通过CreateProcess这个API就可以创建出AppContainer进程。

看看CreateAppContainerProcessStrW的逻辑片段,把PackageSID String(图2里标记为AppContainer的SID)和CapabilitySID(图2里标记为Capability的SID) string转为SID后,传给了CreateAppContainerProcessW:

enter image description here 图5

看看CreateAppContainerProcessW的逻辑片段,把传入的CapabilitySIDs和PackageSID加入到ProcThreadAttributes,然后通过STARTUPINFOEX结构把ProcThreadAttributes传给了CreateProcessW。

enter image description here 图6

enter image description here 图7

enter image description here 图8

搞清楚IE Tab进程的创建逻辑,我们就可以创建自己的AppContainer进程了。

直接复用IE的PackageSID和CapabilitySIDs来创建AppContainer进程。如果需要定义自己的PackageSID,可以参考MSDN上的CreateAppContainerProfile等API,这里就不讨论了。

成功的创建出了具有AppContainer隔离机制的记事本进程。32位和64位进程都可以。可以自由组合Capability,这里我选择了IE Tab 6个Capability里的3个。

enter image description here

enter image description here

如果程序在设计时没有考虑使用AppContainer隔离机制,依赖没有授权给AppContainer的系统资源,比如系统根目录,用户根目录等,使用AppContainer隔离机制启动程序会失败。

0x03 AppContainer的访问权限控制

为描述方便,AppContainer进程的AccessToken我们简称为LowBoxToken(下同)。

下面是一个LowBoxToken的部分信息,可以看到TokenFlags的掩码位0x4000是置位的,这表示该Token是一个LowBoxToken。我们还可以看到PackageSid、Capabilities等信息(图2里标志为AppContainer和Capability的SID)。

enter image description here 图11

0x04 DACL

DACL的遍历是在SepNormalAccessCheck/SepMaximumAccessCheck里进行的。这里我们以SepNormalAccessCheck为例,来看一看如何处理AppContianer相关的ACE。

一般来说,在遍历DACL时,如果满足以下3个条件中的任意一个,检查停止。

有一个access-denied ACE明确拒绝了请求访问权限中的任意一个;

有一个或者多个access-allowed ACEs明确给予了所有的请求访问权限;

已经检查完了所有的ACE,但是仍然至少有一个请求访问权限没有被明确给予,这种情况下,访问被拒绝。

从Windows Server 2003开始,DACL里ACE的顺序为:

Explicit    ACE:Access Denied
Explicit    ACE:Access Allowed
Inherited ACE:Access Denied
Inherited ACE:Access Allowed

这个遍历规则和顺序保证了明确拒绝优先于明确允许;明确指定的访问控制优先于继承的访问控制。

以下的内容基于Win10PreX86( 9926)。

0x05 ACCESS_ALLOWED_ACE_TYPE

在遍历类型为ACCESS_ALLOWED_ACE_TYPE的ACE时,如果ACE的SID前缀为SePackagePrefixSid(S-1-15-2)或者SeCapabilityPrefixSid(S-1-15-3),则跳转到处理AppContainer访问权限控制的逻辑:

enter image description here 图12

如果ACE的SID前缀为SePackagePrefixSid(S-1-15-2),会先看这个SID是否为ALL APPLICATION PACKAGES,这是一个Well known SID

enter image description here 图13

如果是这个SID,认为匹配成功,不需要再精确比较SID了;否则和Token的PackageSID做精确匹配:

enter image description here 图14

如果ACE的SID前缀为SeCapabilityPrefixSid(S-1-15-3),会尝试匹配Token的Capabilities:

enter image description here 图15

PackageSID或者Capabilities匹配成功后,会通过a13记录获取到的权限以及还剩下未获取到的权限。a13是上层调用传进来的结构指针,上一层函数会根据这个结构的值,判断AppContainer进程是否获取到了请求的访问权限。

看看上一层函数SepAccessCheck的逻辑片段,var_AccessLowbox就是图14/15里的a13。如果PackageSID或者CapabilitieSID给予的权限不能完全覆盖用户请求的权限(var_Remaining != 0),则访问失败:

enter image description here 图16

另外,对于No DACL的情况,也有额外的处理逻辑。AppContainer进程访问No DACL的对象时,是无法获得访问权限的:

enter image description here 图17

所以在Win8及以上系统中,我们如果想要创建一个所有进程(包括开启EPM的IE Tab )都能访问的对象,对于该对象的SD,除了在SACL里指定为低完整性级别外,还要考虑在DACL中显示的给予everyone以及ALL APPLICATIONS PACKAGE对应的访问权限控制。

0x06 ACCESS_DENIED_ACE_TYPE

在遍历类型为ACCESS_DENIED_ACE_TYPE的ACE时,处理逻辑里并没有区分ACE的SID是否为PackageSID或者CapabilitiesSID。而是简单使用SepSidInTokenSidHash函数在Token的SidHash/RestrictedSidHash里匹配。如果是PackageSID或者CapabilitiesSID,匹配会失败,因此该ACE描述的拒绝访问权限控制不会生效:

enter image description here 图18

做一个实验验证上面的结论,首先我们用AppContainer隔离机制启动一个记事本,复用IE EPM的PackageSID以及部分Capabilities:

enter image description here 图19

把C:\Users{当前用户}\AppData\Local\Packages\windows_ie_ac_001\AC\Temp\test\1.txt设置为下面的权限控制:

enter image description here 图20

enter image description here 图21

ACE[0]Mask为0x001F01FF,包含要请求的权限0x00100080 虽然ACE[0]明确的拒绝了 S-1-15-2-1430448594-2639229838-973813799-439329657-1197984847-4069167804-1277922394 (图19里标志为AppContainer的SID),记事本仍然能成功打开1.txt(ACE1明确给予了ALL APPLICATION PACKAGES 0x001F01FF的访问权限)。

0x07 结束语

AppContainer提供了更细粒度的隔离机制,不仅能用于MetroAPP和 IE EPM,当应用程序需要访问未知第三方内容时,也可以考虑使用AppContainer隔离机制,把对系统的潜在影响降到最低。

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