A Journey into Synology NAS 系列二: findhostd服务分析

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前言

上一篇文章主要对群晖NAS进行了简单介绍，并给出了搭建群晖NAS环境的方法。在前面的基础上，本篇文章将从局域网的视角出发，对群晖NAS设备上开放的部分服务进行分析。由于篇幅原因，下面将重点对findhostd服务进行分析，介绍对应的通信机制和协议格式，并分享在其中发现的部分安全问题。

服务探测

由于NAS设备是网络可达的，假设我们与其处于同一个局域网中，首先对设备上开放的端口和服务进行探测。简单起见，这里直接通过netstat命令进行查看，如下。

可以看到，除了一些常见的服务如smbd、nginx、minissdpd和snmpd等，还有一些自定义的服务如synovncrelayd、iscsi_snapshot_comm_core、synosnmpd和findhostd等。与常见服务相比，这些自定义的服务可能less tested and more vulnerable，因此这里主要对这些自定义服务进行分析，包括findhostd和iscsi_snapshot_comm_core。

findhostd服务分析

findhostd服务主要负责和Synology Assistant进行通信，而Synology Assistant则用于在局域网内搜索、配置和管理对应的DiskStation，比如安装DSM系统、设置管理员账号/密码、设置设备获取IP地址的方式，以及映射网络硬盘等。

通过抓包分析可知，Synology Assistant和findhostd之间主要通过9999/udp端口(9998/udp、9997/udp)进行通信，一个简单的通信流程如下。具体地，Synology Assistant首先发送一个广播query数据包，之后findhostd会同时发送一个广播包和单播包作为响应。在发现对应的设备后，Synology Assistant可以进一步发送其他广播包如quickconf、memory test等，同样findhostd会发送一个广播包和单播包作为响应。

抓取的部分数据包如上图右侧所示。可以看到，两者之间通过9999/udp端口进行通信，且数据似乎以明文方式进行传输，其中包括mac地址、序列号和型号等信息。

协议格式分析

为了了解具体的协议格式，需要对findhostd(或Synology Assistant客户端)进行逆向分析和调试。经过分析可知，消息开头部分是magic (\x12\x34\x56\x78\x53\x59\x4e\x4f)，然后存在一大段与协议格式相关的数据grgfieldAttribs，表明消息剩余部分的格式和含义。具体地，下图右侧中的每一行对应结构data_chunk，其包含6个字段。其中，pkt_id字段表明对应数据的含义，如数据包类型、用户名、mac地址等；offset字段对应将数据放到内部缓冲区的起始偏移；max_length字段则表示对应数据的最大长度。

根据上述信息，可以将数据包按下图格式进行解析。具体地，消息开头部分为magic (\x12\x34\x56\x78\x53\x59\x4e\x4f)，后面的部分由一系列的TLV组成，TLV分别对应pkt_id、data_length和data。

进一步地，为了更方便地对数据包格式进行分析，编写了一个wireshark协议解析插件syno_finder，便于在wireshark中直接对数据包进行解析，效果如下图所示。

需要说明的是，在较新版本的Synology Assistant和DSM中，增加了对数据包加密的支持(因为其中可能会包含敏感信息)。对应地，存在两个magic，分别用于标识明文消息和密文消息。同时，引入了几个新的pkt_id，用于传递与加解密相关的参数。

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// magic
#define magic_plain “\x12\x34\x56\x78\x53\x59\x4e\x4f”
#define magic_encrypted “\x12\x34\x55\x66\x53\x59\x4e\x4f” // introduced recently

// new added
000000c3  00000001  00002f48  00000004  00000000  00000000      # support_onsite_tool
000000c4  00000000  00002f4c  00000041  00000000  00000000      # public key
000000c5  00000001  00002f90  00000004  00000000  00000000      # randombytes
000000c6  00000001  00002f94  00000004  00000000  00000000

协议fuzzing

在了解了协议的格式之后，为了测试协议解析代码的健壮性，很自然地会想到采用fuzz的方式。这里采用Kitty和Scapy框架，来快速构建一个基于生成的黑盒fuzzer。Scapy是一个强大的交互式数据包处理程序，借助它可以方便快速地定义对应的协议格式，示例如下。

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class IDPacket(Packet):
    fields_desc = [
        XByteField('id', 0x01),
        FieldLenField('length', None, length_of='value', fmt='B', adjust=lambda pkt,x:x),
        StrLenField('value', '\x01\x00\x00\x00', length_from=lambda x:x.length)
    ]

    # ...

    def post_build(self, pkt, pay):
        if pkt[1] != 4 and pkt[1] != 0xff:
            packet_max_len = self._get_item_max_len(pkt[0])
            if len(pkt[2:]) >= packet_max_len:
                if packet_max_len == 0:
                    pkt = bytes([pkt[0], 0])
                else:
                    pkt = bytes([pkt[0], packet_max_len-1])+ pkt[2:2+packet_max_len]
        return pkt + pay

class FindHostPacket(Packet):
    fields_desc = [
        StrLenField('magic_plain', '\x12\x34\x56\x78\x53\x59\x4e\x4f'),
        PacketListField('id_packets', [], IDPacket)
    ]

Kitty是一个开源、模块化且易于扩展的fuzz框架，灵感来自于Sulley和Peach Fuzzer。基于前面定义的协议格式，借助Kitty框架，可以快速地构建一个基于生成的黑盒fuzzer。另外，考虑到findhostd和Synology Assistant之间的通信机制，可以同时对两端进行fuzz。

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host = '<broadcast>'
port = 9999
RANDSEED = 0x11223344

packet_id_a4 = qh_nas_protocols.IDPacket(id=0xa4, value='\x00\x00\x02\x01')
# ...
packet_id_2a = qh_nas_protocols.IDPacket(id=0x2a, value=RandBin(size=240))
# ...
pakcet_id_rand1 = qh_nas_protocols.IDPacket(id=RandByte(), value=RandBin(size=0xff))
pakcet_id_rand2 = qh_nas_protocols.IDPacket(id=RandChoice(*qh_nas_protocols.PACKET_IDS), value=RandBin(size=0xff))

findhost_packet = qh_nas_protocols.FindHostPacket(id_packets=[packet_id_a4, packet_id_2a, ..., packet_id_rand1, packet_id_rand2])

findhost_template = Template(name='template_1', fields=[ScapyField(findhost_packet, name='scapy_1', seed=RANDSEED, fuzz_count=100000)])

model = GraphModel()
model.connect(findhost_template)

target = UdpTarget(name='qh_nas', host=host, port=port, timeout=2)

fuzzer = ServerFuzzer()
fuzzer.set_interface(WebInterface(host='0.0.0.0', port=26001))
fuzzer.set_model(model)
fuzzer.set_target(target)
fuzzer.start()

此外，基于前面定义好的协议格式，也可以实现一个简易的Synology Assistant客户端。

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class DSAssistantClient:
    # ...
    def add_pkt_field(self, pkt_id, value):
        self.pkt_fields.append(qh_nas_protocols.IDPacket(id=pkt_id, value=value))
    
    def clear_pkt_fields(self):
        self.pkt_fields = []
    
    def find_target_nas(self):
        self.clear_pkt_fields()

        self.add_pkt_field(0xa4, '\x00\x00\x02\x01')
        self.add_pkt_field(0xa6, '\x78\x00\x00\x00')
        self.add_pkt_field(0x01, p32(0x1))	# packet type
        # ...
        self.add_pkt_field(0xb9, '\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00')
        self.add_pkt_field(0x7c, '00:50:56:c0:00:08')

        self.build_send_packet()

    def quick_conf(self):
        self.clear_pkt_fields()

        self.add_pkt_field(0xa4, '\x00\x00\x02\x01')
        self.add_pkt_field(0xa6, '\x78\x00\x00\x00')
        self.add_pkt_field(0x01, p32(0x4))	# packet type
        self.add_pkt_field(0x20, p32(0x1))	# packet subtype

        self.add_pkt_field(0x19, '00:11:32:8f:64:3b')
        self.add_pkt_field(0x2a, 'BnvPxUcU5P1nE01UG07BTUen1XPPKPZX')
        self.add_pkt_field(0x21, 'NAS_NEW')
        # ...
        self.add_pkt_field(0xb9, "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00")
        # ...
        self.add_pkt_field(0x7c, "00:50:56:c0:00:08")

        self.build_send_packet()
    
    # ...

if __name__ == "__main__":
    ds_assistant = DSAssistantClient("ds_assistant")
    ds_assistant.find_target_nas()
    # ...

安全问题

密码泄露

前面提到，pkt_id字段表明对应数据的含义，如数据包类型、用户名、mac地址等。其中，pkt_id为0x1时对应的值表示整个数据包的类型，常见的数据包类型如下。其中，netsetting、quickconf和memory test数据包中包含加密后的管理员密码信息，对应的pkt_id为0x2a。

以quickconf数据包为例，如上图所示。可以看到，pkt_id为0x1时对应的值为0x4，同时pkt_id为0x2a时对应的内容为BnvPxUcU5P1nE01UG07BTUen1XPPKPZX。通过逆向分析可知，函数MatrixDecode()用于对加密后的密码进行解密。因此，可以很容易地获取到管理员的明文密码。

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~/DSM_DS3617xs_15284/hda1$ sudo chroot . ./call_export_func -d BnvPxUcU5P1nE01UG07BTUen1XPPKPZX
MatrixDecode(BnvPxUcU5P1nE01UG07BTUen1XPPKPZX) result: HITB2021AMS

由于Synology Assistant和findhostd之间以广播的方式进行通信，且数据包以明文形式进行传输，在某些情形下，通过监听广播数据包，局域网内的用户可以很容易地获取到管理员的明文密码。

密码窃取

在对findhostd进行fuzz的过程中，注意到Synology Assistant中显示的DiskStation状态变为了"Not configured"。难道是某些畸形数据包对DiskStation进行了重置？经过分析后发现，是由于某些数据包欺骗了Synology Assistant：DiskStation是正常的，而Synology Assistant却认为其处于未配置状态。

通常情况下，管理员会选择通过Synology Assistant对设备进行重新配置，并设置之前用过的用户名和密码。此时，由于Synology Assistant和findhostd之间以广播的方式进行通信，且数据包以明文形式进行传输，故密码泄露问题又出现了。因此，在某些情形下，通过发送特定的广播数据包，局域网内的用户可以欺骗管理员对DiskStation进行”重新配置”，通过监听局域网内的广播数据包，从而窃取管理员的明文密码。另外，即使Synology Assistant和DSM版本都支持通信加密，由于向下兼容性，这种方式针对最新的版本仍然适用。

null byte off-by-one

这个问题同样也和Synology Assistant有关。在fuzz的过程中，发现Synology Assistant中显示的一些内容比较奇怪。其中，"%n"、"%x"和"%p"等是针对string类型预置的一些fuzz元素。注意到，在"Server name"中显示的内容除了"%n"之外，尾部还有一些额外的内容如"00:11:32:8Fxxx"，这些多余的内容对应的是"MAC address"。正常情况下，"MAC address"对应的内容不会显示到"Server name"中。

通过对6.1-15030版本的DSAssistant.exe进行分析和调试，函数sub_1272E10()负责对string类型的数据进行处理，将其从接收的数据包中拷贝到对应的内部缓冲区。前面提到过，针对每个pkt_id项，都有一个对应的offset字段和max_length字段。当对应数据长度的大小正好为max_length时，额外的'\x00'在(1)处被追加到缓冲区末尾，而此时该'\x00'其实是写入了邻近缓冲区的起始处，从而造成null byte off-by-one。

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size_t __cdecl sub_1272E10(int a1, _BYTE *a2, int a3, int a4, size_t a5, int a6, int a7)
{
  // ...
  v7 = (unsigned __int8)*a2;
  if ( (int)v7 > a3 - 1 )
    return 0;
  if ( !*a2 )
    return 1;
  if ( a5 < v7 )
    return 0;
  snprintf((char *)(a4 + a7 * a5), v7, "%s", a2 + 1);	// 将string类型的数据拷贝到内部缓冲区的指定偏移处
  *(_BYTE *)(v7 + a4) = 0;   // (1) null byte off-by-one
  return v7 + 1;
}

The _snprintf() function formats and stores count or fewer characters and values (including a terminating null character that is always appended unless count is zero or the formatted string length is greater than or equal to count characters) in buffer. // Windows

The functions snprintf() and vsnprintf() write at most size bytes (including the terminating null byte (‘\0’)) to str. // Linux

因此，对于某些在内部缓冲区中处于邻近的pkt_id(如0x5b和0x5c)，通过构造特殊的数据包，可以使得前一项内容末尾的'\x00'被下一项内容覆盖，从而可能会泄露邻近缓冲区中的内容。

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  pkt_id            offset  max_len
0000005a 00000000 00000aa8 00000080 00000000 00000000
0000005b 00000000 00000b28 00000080 00000000 00000000	<===
0000005c 00000000 00000ba8 00000004 00000000 00000000

小结

本文从局域网的视角出发，对群晖NAS设备上的findhostd服务进行了分析，包括Synology Assistant与findhostd之间的通信机制、syno_finder协议格式的解析、协议fuzzing等。最后，分享了在其中发现的部分问题。

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