bluetooth_stack开源蓝牙协议栈源码分析与漏洞挖掘

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https://xz.aliyun.com/t/9205

前言

网上闲逛的时候，发现github有个开源的蓝牙协议栈项目

https://github.com/sj15712795029/bluetooth_stack

看介绍支持STM32，网上支持嵌入式芯片的开源协议栈貌似很少，这里就简单分析一下，也能帮助助理解蓝牙协议栈，顺便给它找点漏洞。

代码流程分析

这个代码只支持HCI层以上的协议，比如L2CAP、ATT等，像HCI下层的协议比如LL则使用的 CSR8311 芯片中自带的协议栈。程序收包的入口是hci_acl_input

void hci_acl_input(struct bt_pbuf_t *p)
{
	...............
	...............
	if(link != NULL)
    {
        if(aclhdr->len)
        {
            l2cap_acl_input(p, &(link->bdaddr));
        }
    }

函数经过简单的处理就会进入l2cap_acl_input处理L2CAP报文，再继续往下之前介绍一下程序中使用的存放蓝牙数据包的数据结构

struct bt_pbuf_t
{
    /** 单链表中的下一个pbuf节点 */
    struct bt_pbuf_t *next;

    /** pbuf节点payload数据指针 */
    void *payload;

    /** pbuf单链表中本节点以及后续节点的数据总和 */
    uint16_t tot_len;

    /** 本pbuf节点的payload数据长度 */
    uint16_t len;

    /** pbuf类型 */
    uint8_t  type;

    /** pbuf标志 */
    uint8_t flags;

    /** pbuf引用次数 */
    uint16_t ref;
};

bt_pbuf_t结构体组成一个链表，其中payload表示当前pbuf的数据存放的地址，len表示payload的长度，tot_len表示整个链表里面所有pbuf的长度，这样可以方便的进行数据包的重组。

l2cap_acl_input的代码如下

void l2cap_acl_input(struct bt_pbuf_t *p, struct bd_addr_t *bdaddr)
{
    l2cap_seg_t *inseg = l2cap_reassembly_data(p,bdaddr,&can_contiue);
    if(!can_contiue)
        return;
    /* Handle packet */
    // inseg->l2caphdr = p->payload
    switch(inseg->l2caphdr->cid)
    {
    case L2CAP_NULL_CID:
        _l2cap_null_cid_process(inseg->p,bdaddr);
        break;
    case L2CAP_SIG_CID:
        _l2cap_classical_sig_cid_process(inseg->p,inseg->l2caphdr,bdaddr);
        break;
    case L2CAP_CONNLESS_CID:
        _l2cap_connless_cid_process(inseg->p,bdaddr);
        break;
    case L2CAP_ATT_CID:
        _l2cap_fixed_cid_process(L2CAP_ATT_CID,p,bdaddr);
        break;
    default:
        _l2cap_dynamic_cid_process(inseg->pcb,inseg->p,inseg->l2caphdr,bdaddr);
        break;
    }

    bt_memp_free(MEMP_L2CAP_SEG, inseg);
}

函数首先使用l2cap_reassembly_data处理L2CAP的分片，然后根据根据l2cap头部的字段选择相应的函数对数据包进行处理，比如如果是signaling commands的数据就会进入 _l2cap_classical_sig_cid_process 进行处理，其中入参的含义如下

inseg->p: 包含 L2CAP 数据包的 pbuf_t 结构体
inseg->l2caphdr: 指向L2CAP的头部
bdaddr： 数据包发送者的设备地址

然后我们从l2cap_acl_input就可以开始进行漏洞挖掘了，可以重点关注涉及到变长数据结构的解析，此外我们可以根据BLE的协议规范来辅助理解代码，接下来以一些具体的漏洞来分析一些函数的流程。

处理ATT报文时3处栈溢出漏洞

处理ATT报文的函数为_l2cap_fixed_cid_process

static err_t _l2cap_fixed_cid_process(uint16_t cid,struct bt_pbuf_t *p,struct bd_addr_t *bdaddr)
{
    bt_pbuf_header(p, -L2CAP_HDR_LEN);
    for(l2cap_pcb = l2cap_active_pcbs; l2cap_pcb != NULL; l2cap_pcb = l2cap_pcb->next)
    {
        if(l2cap_pcb->fixed_cid == cid)
        {
            bd_addr_set(&(l2cap_pcb->remote_bdaddr),bdaddr);
            L2CA_ACTION_RECV(l2cap_pcb,p,BT_ERR_OK);
            break;
        }
    }

函数首先使用bt_pbuf_header，让p->payload 跳过 L2CAP 的头部，即 p->payload += L2CAP_HDR_LEN，然后函数会根据cid调用之前注册的处理函数，最终会调用到 gatt_data_recv 函数：

void gatt_data_recv(struct bd_addr_t *remote_addr,struct bt_pbuf_t *p)
{
    uint8_t opcode = ((uint8_t *)p->payload)[0];
    switch(opcode)
    {
    case ATT_REQ_MTU:
    {
		gatts_handle_mtu_req(NULL,p);
        break;
    }

函数主要就是根据 opcode 来判断ATT数据的类型，然后调用相应的函数进行处理，存在栈溢出漏洞的函数

gatts_handle_find_info_value_type_req
gatts_handle_write_req
gatts_handle_write_cmd

这里以gatts_handle_write_req为例，另外两个漏洞的成因类似，当opcode为ATT_REQ_WRITE时会调用gatts_handle_write_req进行处理

    case ATT_REQ_WRITE:
    {
        gatts_handle_write_req(NULL,p);
        break;
    }

gatts_handle_write_req 的关键代码如下

static err_t gatts_handle_write_req(struct bd_addr_t *bdaddr, struct bt_pbuf_t *p)
{
	uint8_t req_buf_len = 0;
    uint8_t req_buf[GATT_BLE_MTU_SIZE] = {0};
	att_parse_write_req(p,&handle,req_buf,&req_buf_len);

函数入口会调用att_parse_write_req解析传入的报文，req_buf为栈上的数组，大小为23字节

err_t att_parse_write_req(struct bt_pbuf_t *p,uint16_t *handle,uint8_t *att_value,uint8_t *value_len)
{
	uint8_t *data = p->payload;
    uint8_t data_len = p->len;

    *handle = bt_le_read_16(data,1);

	*value_len = data_len-3;
	memcpy(att_value,data+3,*value_len);
    return BT_ERR_OK;
}

att_parse_write_req函数直接将 payload+3 的内容拷贝到 att_value ，如果 value_len 大于23 就会栈溢出。

处理avrcp报文时存在堆溢出漏洞

漏洞出在avrcp_controller_parse_get_element_attr_rsp函数里面，函数调用关系如下

_l2cap_fixed_cid_process
    avctp_data_input
        avrcp_controller_data_handle
            avrcp_controller_parse_vendor_dependent
                avrcp_controller_parse_get_element_attr_rsp

关键代码如下

static err_t avrcp_controller_parse_get_element_attr_rsp(struct avctp_pcb_t *avctp_pcb,uint8_t *buffer,uint16_t buffer_len)
{
    uint8_t index = 0;
    uint16_t para_len = bt_be_read_16(buffer, 8);
    uint8_t element_attr_num = buffer[10];
    uint8_t *para_palyload = buffer + 11;

    struct avrcp_pcb_t *avrcp_pcb = avrcp_get_active_pcb(&avctp_pcb->remote_bdaddr);

	memset(&avrcp_pcb->now_playing_info,0,sizeof(now_playing_info_t));
    for(index = 0; index < element_attr_num; index++)
    {
        uint32_t attr_id = bt_be_read_32(para_palyload, 0);
        uint16_t attr_length = bt_be_read_16(para_palyload+6, 0);

        switch(attr_id)
        {
        case AVRCP_MEDIA_ATTR_TITLE:
			memcpy(avrcp_pcb->now_playing_info.now_playing_title,para_palyload+8,attr_length);

buffer 中存放的是蓝牙数据，函数首先调用avrcp_get_active_pcb获取avrcp_pcb，然后调用bt_be_read_16从buffer里面取出两个字节作为attr_length， 然后进行内存拷贝，如果attr_length过大就会导致堆溢出。

_l2cap_sig_cfg_rsp_process整数溢出导致越界读

该函数用于处理 L2CAP_CFG_RSP 消息，其中关键代码如下

_l2cap_sig_cfg_rsp_process(l2cap_pcb_t *pcb,struct bt_pbuf_t *p,l2cap_sig_hdr_t *sighdr,l2cap_sig_t *sig)
{
 	uint16_t siglen;
    siglen = sighdr->len;
    siglen -= 6;
    bt_pbuf_header(p, -6);

    switch(result)
    {
    case L2CAP_CFG_UNACCEPT:
        while(siglen > 0)
        {
            opthdr = p->payload;
            ..................
            ..................
            ..................
            bt_pbuf_header(p, -(L2CAP_CFGOPTHDR_LEN + opthdr->len));
            siglen -= L2CAP_CFGOPTHDR_LEN + opthdr->len;
        }

其中sighdr为L2CAP的SIGNALING 包头，p里面存放着外部设备发送过来的蓝牙数据包。

函数首先从sighdr里面取出siglen，然后 siglen-=6 ，最后根据siglen循环的去读取数据。如果sighdr->len小于6，由于siglen的类型为uint16_t，最后siglen的值为 0xFFFF-6， 这是一个很大的数后面循环的时候就会一直读到很后面的数据。

avrcp_controller_parse_list_app_setting_rsp越界读

函数关键代码如下

static err_t avrcp_controller_parse_list_app_setting_rsp(struct avctp_pcb_t *avctp_pcb,uint8_t *buffer,uint16_t buffer_len)
{
    uint8_t app_setting_attr_num = buffer[10];
    struct avrcp_pcb_t *avrcp_pcb = avrcp_get_active_pcb(&avctp_pcb->remote_bdaddr);

    if(app_setting_attr_num > 0)
    {
        uint8_t *setting_attr = buffer+11;
        for(index = 0; index < app_setting_attr_num; index++)
        {
            switch(setting_attr[index])
            {

首先从buffer里面取出app_setting_attr_num，然后将其作为循环条件访问setting_attr内存，这个过程没有校验访存是否超过了buffer的长度，会导致越界读。

总结

协议栈代码里面存在处理协议数据的典型问题，比如访问内存时没有检查长度，内存拷贝的时候没有校验拷贝长度是否大于目的内存的大小，以及数值运算也没有考虑整数溢出的情况，总体来说代码质量较低。

此次分析过程的代码思维导图如下