macOS Kod İmzalama

Reading time: 11 minutes

Temel Bilgiler

Mach O Entitlements And Ipsw Indexing

Mach-o ikili dosyaları, ikili içindeki imzaların offset ve size bilgisini gösteren LC_CODE_SIGNATURE adlı bir load command içerir. Aslında, GUI aracı MachOView kullanılarak ikilinin sonunda bu bilgileri içeren Code Signature adlı bir bölüm bulmak mümkündür:

Code Signature'ın magic header'ı 0xFADE0CC0'dir. Sonrasında bunları içeren superBlob'un length ve blob sayısı gibi bilgiler yer alır.
Bu bilgiyi source code here içinde bulmak mümkündür:

/*
* Structure of an embedded-signature SuperBlob
*/

typedef struct __BlobIndex {
uint32_t type;                                  /* type of entry */
uint32_t offset;                                /* offset of entry */
} CS_BlobIndex
__attribute__ ((aligned(1)));

typedef struct __SC_SuperBlob {
uint32_t magic;                                 /* magic number */
uint32_t length;                                /* total length of SuperBlob */
uint32_t count;                                 /* number of index entries following */
CS_BlobIndex index[];                   /* (count) entries */
/* followed by Blobs in no particular order as indicated by offsets in index */
} CS_SuperBlob
__attribute__ ((aligned(1)));

#define KERNEL_HAVE_CS_GENERICBLOB 1
typedef struct __SC_GenericBlob {
uint32_t magic;                                 /* magic number */
uint32_t length;                                /* total length of blob */
char data[];
} CS_GenericBlob
__attribute__ ((aligned(1)));

Common blobs contained are Code Directory, Requirements and Entitlements and a Cryptographic Message Syntax (CMS).
Ayrıca, blobs içinde kodlanmış verilerin Big Endian ile kodlandığına dikkat edin.

Ayrıca, imzalar ikili dosyalardan ayrılabilir ve /var/db/DetachedSignatures içinde saklanabilir (iOS tarafından kullanılır).

Code Directory Blob

Koddaki Code Directory Blob in the code:

typedef struct __CodeDirectory {
uint32_t magic;                                 /* magic number (CSMAGIC_CODEDIRECTORY) */
uint32_t length;                                /* total length of CodeDirectory blob */
uint32_t version;                               /* compatibility version */
uint32_t flags;                                 /* setup and mode flags */
uint32_t hashOffset;                    /* offset of hash slot element at index zero */
uint32_t identOffset;                   /* offset of identifier string */
uint32_t nSpecialSlots;                 /* number of special hash slots */
uint32_t nCodeSlots;                    /* number of ordinary (code) hash slots */
uint32_t codeLimit;                             /* limit to main image signature range */
uint8_t hashSize;                               /* size of each hash in bytes */
uint8_t hashType;                               /* type of hash (cdHashType* constants) */
uint8_t platform;                               /* platform identifier; zero if not platform binary */
uint8_t pageSize;                               /* log2(page size in bytes); 0 => infinite */
uint32_t spare2;                                /* unused (must be zero) */

char end_earliest[0];

/* Version 0x20100 */
uint32_t scatterOffset;                 /* offset of optional scatter vector */
char end_withScatter[0];

/* Version 0x20200 */
uint32_t teamOffset;                    /* offset of optional team identifier */
char end_withTeam[0];

/* Version 0x20300 */
uint32_t spare3;                                /* unused (must be zero) */
uint64_t codeLimit64;                   /* limit to main image signature range, 64 bits */
char end_withCodeLimit64[0];

/* Version 0x20400 */
uint64_t execSegBase;                   /* offset of executable segment */
uint64_t execSegLimit;                  /* limit of executable segment */
uint64_t execSegFlags;                  /* executable segment flags */
char end_withExecSeg[0];

/* Version 0x20500 */
uint32_t runtime;
uint32_t preEncryptOffset;
char end_withPreEncryptOffset[0];

/* Version 0x20600 */
uint8_t linkageHashType;
uint8_t linkageApplicationType;
uint16_t linkageApplicationSubType;
uint32_t linkageOffset;
uint32_t linkageSize;
char end_withLinkage[0];

/* followed by dynamic content as located by offset fields above */
} CS_CodeDirectory
__attribute__ ((aligned(1)));

Bu struct'ın farklı sürümleri olduğunu unutmayın; eski sürümler daha az bilgi içerebilir.

Kod Sayfalarının İmzalanması

Tam ikilinin tamamının hash'lenmesi, yalnızca kısmen belleğe yüklendiğinde verimsiz hatta işe yaramaz olur. Bu nedenle, kod imzası aslında her bir ikili sayfasının ayrı ayrı hash'lendiği hash'lerin bir hash'idir.\ Aslında, önceki Code Directory kodunda sayfa boyutunun alanlardan birinde belirtildiğini görebilirsiniz. Ayrıca, ikilinin boyutu bir sayfa boyutunun tam katı değilse, CodeLimit alanı imzanın nerede sona erdiğini belirtir.

# Get all hashes of /bin/ps
codesign -d -vvvvvv /bin/ps
[...]
CandidateCDHash sha256=c46e56e9490d93fe35a76199bdb367b3463c91dc
CandidateCDHashFull sha256=c46e56e9490d93fe35a76199bdb367b3463c91dcdb3c46403ab8ba1c2d13fd86
Hash choices=sha256
CMSDigest=c46e56e9490d93fe35a76199bdb367b3463c91dcdb3c46403ab8ba1c2d13fd86
CMSDigestType=2
Executable Segment base=0
Executable Segment limit=32768
Executable Segment flags=0x1
Page size=4096
-7=a542b4dcbc134fbd950c230ed9ddb99a343262a2df8e0c847caee2b6d3b41cc8
-6=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
-5=2bb2de519f43b8e116c7eeea8adc6811a276fb134c55c9c2e9dcbd3047f80c7d
-4=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
-3=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
-2=4ca453dc8908dc7f6e637d6159c8761124ae56d080a4a550ad050c27ead273b3
-1=0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
0=a5e6478f89812c0c09f123524cad560a9bf758d16014b586089ddc93f004e39c
1=ad7facb2586fc6e966c004d7d1d16b024f5805ff7cb47c7a85dabd8b48892ca7
2=93d476eeace15a5ad14c0fb56169fd080a04b99582b4c7a01e1afcbc58688f
[...]

# Calculate the hasehs of each page manually
BINARY=/bin/ps
SIZE=`stat -f "%Z" $BINARY`
PAGESIZE=4096 # From the previous output
PAGES=`expr $SIZE / $PAGESIZE`
for i in `seq 0 $PAGES`; do
dd if=$BINARY of=/tmp/`basename $BINARY`.page.$i bs=$PAGESIZE skip=$i count=1
done
openssl sha256 /tmp/*.page.*

Entitlements Blob

Uygulamaların, tüm yetkilendirmelerin tanımlandığı bir entitlement blob içerebileceğini unutmayın. Ayrıca, bazı iOS ikili dosyalarının yetkilendirmeleri özel slot -5 yerine özel slot -7'de yer alabilir.

Special Slots

MacOS uygulamaları yürütmek için ihtiyaç duydukları her şeyi yalnızca ikili dosya içinde barındırmaz; genellikle uygulamanın bundle'ı içinde bulunan dış kaynakları da kullanırlar. Bu nedenle, ikili dosya içinde bazı ilgi çekici dış kaynakların değiştirilmediğini doğrulamak için onların hash'lerini içeren bazı özel slotlar bulunur.

Aslında, Code Directory struct'larında özel slot sayısını gösteren nSpecialSlots adlı bir parametre görülebilir. 0 numaralı özel bir slot yoktur ve en yaygın olanlar (−1 ile −6 arası) şunlardır:

• info.plist (veya __TEXT.__info__plist içindekinin) hash'i.
• Requirements'in hash'i
• Resource Directory'nin hash'i (_CodeSignature/CodeResources dosyasının bundle içindeki hash'i).
• Uygulamaya özel (kullanılmıyor)
• Entitlements'in hash'i
• Sadece DMG code signatures
• DER Entitlements

Code Signing Flags

Her sürecin kernel tarafından başlatılan ve status olarak bilinen ilişkili bir bitmaskesi vardır ve bunların bazıları code signature tarafından geçersiz kılınabilir. Code signing içine dahil edilebilen bu bayraklar kodda tanımlanmıştır:

/* code signing attributes of a process */
#define CS_VALID                    0x00000001  /* dynamically valid */
#define CS_ADHOC                    0x00000002  /* ad hoc signed */
#define CS_GET_TASK_ALLOW           0x00000004  /* has get-task-allow entitlement */
#define CS_INSTALLER                0x00000008  /* has installer entitlement */

#define CS_FORCED_LV                0x00000010  /* Library Validation required by Hardened System Policy */
#define CS_INVALID_ALLOWED          0x00000020  /* (macOS Only) Page invalidation allowed by task port policy */

#define CS_HARD                     0x00000100  /* don't load invalid pages */
#define CS_KILL                     0x00000200  /* kill process if it becomes invalid */
#define CS_CHECK_EXPIRATION         0x00000400  /* force expiration checking */
#define CS_RESTRICT                 0x00000800  /* tell dyld to treat restricted */

#define CS_ENFORCEMENT              0x00001000  /* require enforcement */
#define CS_REQUIRE_LV               0x00002000  /* require library validation */
#define CS_ENTITLEMENTS_VALIDATED   0x00004000  /* code signature permits restricted entitlements */
#define CS_NVRAM_UNRESTRICTED       0x00008000  /* has com.apple.rootless.restricted-nvram-variables.heritable entitlement */

#define CS_RUNTIME                  0x00010000  /* Apply hardened runtime policies */
#define CS_LINKER_SIGNED            0x00020000  /* Automatically signed by the linker */

#define CS_ALLOWED_MACHO            (CS_ADHOC | CS_HARD | CS_KILL | CS_CHECK_EXPIRATION | \
CS_RESTRICT | CS_ENFORCEMENT | CS_REQUIRE_LV | CS_RUNTIME | CS_LINKER_SIGNED)

#define CS_EXEC_SET_HARD            0x00100000  /* set CS_HARD on any exec'ed process */
#define CS_EXEC_SET_KILL            0x00200000  /* set CS_KILL on any exec'ed process */
#define CS_EXEC_SET_ENFORCEMENT     0x00400000  /* set CS_ENFORCEMENT on any exec'ed process */
#define CS_EXEC_INHERIT_SIP         0x00800000  /* set CS_INSTALLER on any exec'ed process */

#define CS_KILLED                   0x01000000  /* was killed by kernel for invalidity */
#define CS_NO_UNTRUSTED_HELPERS     0x02000000  /* kernel did not load a non-platform-binary dyld or Rosetta runtime */
#define CS_DYLD_PLATFORM            CS_NO_UNTRUSTED_HELPERS /* old name */
#define CS_PLATFORM_BINARY          0x04000000  /* this is a platform binary */
#define CS_PLATFORM_PATH            0x08000000  /* platform binary by the fact of path (osx only) */

#define CS_DEBUGGED                 0x10000000  /* process is currently or has previously been debugged and allowed to run with invalid pages */
#define CS_SIGNED                   0x20000000  /* process has a signature (may have gone invalid) */
#define CS_DEV_CODE                 0x40000000  /* code is dev signed, cannot be loaded into prod signed code (will go away with rdar://problem/28322552) */
#define CS_DATAVAULT_CONTROLLER     0x80000000  /* has Data Vault controller entitlement */

#define CS_ENTITLEMENT_FLAGS        (CS_GET_TASK_ALLOW | CS_INSTALLER | CS_DATAVAULT_CONTROLLER | CS_NVRAM_UNRESTRICTED)

Note that the function exec_mach_imgact can also add the CS_EXEC_* flags dynamically when starting the execution.

Kod İmzası Gereksinimleri

Her uygulama, yürütülebilmek için karşılaması gereken bazı gereksinimleri saklar. Eğer uygulamanın içerdiği gereksinimler karşılanmıyorsa, uygulama çalıştırılmaz (muhtemelen değiştirilmiş olduğu için).

Bir ikili dosyanın gereksinimleri, bir akış halinde ifadeler olan bir özel dilbilgisi kullanır ve 0xfade0c00 sihirli değeri olarak kullanılarak blob'lar halinde kodlanır; bunların hash'i özel bir code slot'ta saklanır.

Bir ikili dosyanın gereksinimleri çalışırken şöyle görülebilir:

codesign -d -r- /bin/ls
Executable=/bin/ls
designated => identifier "com.apple.ls" and anchor apple

codesign -d -r- /Applications/Signal.app/
Executable=/Applications/Signal.app/Contents/MacOS/Signal
designated => identifier "org.whispersystems.signal-desktop" and anchor apple generic and certificate 1[field.1.2.840.113635.100.6.2.6] /* exists */ and certificate leaf[field.1.2.840.113635.100.6.1.13] /* exists */ and certificate leaf[subject.OU] = U68MSDN6DR

Ayrıca, csreq aracı kullanılarak bazı derlenmiş gereksinimler oluşturmak mümkündür:

# Generate compiled requirements
csreq -b /tmp/output.csreq -r='identifier "org.whispersystems.signal-desktop" and anchor apple generic and certificate 1[field.1.2.840.113635.100.6.2.6] /* exists */ and certificate leaf[field.1.2.840.113635.100.6.1.13] /* exists */ and certificate leaf[subject.OU] = U68MSDN6DR'

# Get the compiled bytes
od -A x -t x1 /tmp/output.csreq
0000000    fa  de  0c  00  00  00  00  b0  00  00  00  01  00  00  00  06
0000010    00  00  00  06  00  00  00  06  00  00  00  06  00  00  00  02
0000020    00  00  00  21  6f  72  67  2e  77  68  69  73  70  65  72  73
[...]

It's possible to access this information and create or modify requirements with some APIs from the Security.framework like:

Geçerliliği Kontrol Etme

• Sec[Static]CodeCheckValidity: Requirement'e göre SecCodeRef'in geçerliliğini kontrol eder.
• SecRequirementEvaluate: Sertifika bağlamında gereksinimi doğrular.
• SecTaskValidateForRequirement: Çalışan bir SecTask'ı CFString gereksinimine karşı doğrular.

Kod Gereksinimlerini Oluşturma ve Yönetme

• SecRequirementCreateWithData: Gereksinimi temsil eden ikili veriden bir SecRequirementRef oluşturur.
• SecRequirementCreateWithString: Gereksinimin string ifadesinden bir SecRequirementRef oluşturur.
• SecRequirementCopy[Data/String]: Bir SecRequirementRef'in ikili veri temsilini alır.
• SecRequirementCreateGroup: app-group üyeliği için bir gereksinim oluşturur.

Code Signing Bilgilerine Erişim

• SecStaticCodeCreateWithPath: Kod imzalarını incelemek için dosya sistemi yolundan bir SecStaticCodeRef nesnesi başlatır.
• SecCodeCopySigningInformation: Bir SecCodeRef veya SecStaticCodeRef'ten imzalama bilgilerini elde eder.

Kod Gereksinimlerini Değiştirme

• SecCodeSignerCreate: Kod imzalama işlemleri yapmak için bir SecCodeSignerRef nesnesi oluşturur.
• SecCodeSignerSetRequirement: İmzalama sırasında uygulanacak yeni bir gereksinimi code signer için ayarlar.
• SecCodeSignerAddSignature: Belirtilen signer ile imzalanan koda bir imza ekler.

Gereksinimlerle Kodu Doğrulama

• SecStaticCodeCheckValidity: Belirtilen gereksinimlere karşı statik bir kod nesnesini doğrular.

Ek Yararlı API'ler

• SecCodeCopy[Internal/Designated]Requirement: Get SecRequirementRef from SecCodeRef
• SecCodeCopyGuestWithAttributes: Sandbox için yararlı olan, belirli özniteliklere dayalı bir kod nesnesini temsil eden bir SecCodeRef oluşturur.
• SecCodeCopyPath: Bir SecCodeRef ile ilişkili dosya sistemi yolunu alır.
• SecCodeCopySigningIdentifier: Bir SecCodeRef'ten imzalama tanımlayıcısını (ör. Team ID) alır.
• SecCodeGetTypeID: SecCodeRef nesneleri için type identifier döndürür.
• SecRequirementGetTypeID: Bir SecRequirementRef'in CFTypeID'sini alır.

Code Signing Bayrakları ve Sabitleri

• kSecCSDefaultFlags: Code signing işlemleri için birçok Security.framework fonksiyonunda kullanılan varsayılan bayraklar.
• kSecCSSigningInformation: İmzalama bilgisi alınması gerektiğini belirtmek için kullanılan bayrak.

Code Signature Enforcement

Kernel, uygulamanın kodunun çalışmasına izin vermeden önce code signature'ı kontrol eden bileşendir. Ayrıca, belleğe yeni kod yazıp çalıştırabilmenin bir yolu, mprotect MAP_JIT bayrağı ile çağrıldığında JIT'i kötüye kullanmaktır. Uygulamanın bunu yapabilmesi için özel bir entitlement'a sahip olması gerektiğini unutmayın.

cs_blobs & cs_blob

cs_blob struct, üzerinde çalışan sürecin entitlement bilgilerini içerir. csb_platform_binary ayrıca uygulamanın platform binary olup olmadığını bildirir (OS tarafından bu süreçlerin task ports'larına olan SEND haklarını korumak gibi güvenlik mekanizmalarını uygulamak için farklı zamanlarda kontrol edilir).

struct cs_blob {
struct cs_blob  *csb_next;
vnode_t         csb_vnode;
void            *csb_ro_addr;
__xnu_struct_group(cs_cpu_info, csb_cpu_info, {
cpu_type_t      csb_cpu_type;
cpu_subtype_t   csb_cpu_subtype;
});
__xnu_struct_group(cs_signer_info, csb_signer_info, {
unsigned int    csb_flags;
unsigned int    csb_signer_type;
});
off_t           csb_base_offset;        /* Offset of Mach-O binary in fat binary */
off_t           csb_start_offset;       /* Blob coverage area start, from csb_base_offset */
off_t           csb_end_offset;         /* Blob coverage area end, from csb_base_offset */
vm_size_t       csb_mem_size;
vm_offset_t     csb_mem_offset;
void            *csb_mem_kaddr;
unsigned char   csb_cdhash[CS_CDHASH_LEN];
const struct cs_hash  *csb_hashtype;
#if CONFIG_SUPPLEMENTAL_SIGNATURES
unsigned char   csb_linkage[CS_CDHASH_LEN];
const struct cs_hash  *csb_linkage_hashtype;
#endif
int             csb_hash_pageshift;
int             csb_hash_firstlevel_pageshift;   /* First hash this many bytes, then hash the hashes together */
const CS_CodeDirectory *csb_cd;
const char      *csb_teamid;
#if CONFIG_SUPPLEMENTAL_SIGNATURES
char            *csb_supplement_teamid;
#endif
const CS_GenericBlob *csb_entitlements_blob;    /* raw blob, subrange of csb_mem_kaddr */
const CS_GenericBlob *csb_der_entitlements_blob;    /* raw blob, subrange of csb_mem_kaddr */

/*
* OSEntitlements pointer setup by AMFI. This is PAC signed in addition to the
* cs_blob being within RO-memory to prevent modifications on the temporary stack
* variable used to setup the blob.
*/
void *XNU_PTRAUTH_SIGNED_PTR("cs_blob.csb_entitlements") csb_entitlements;

unsigned int    csb_reconstituted;      /* signature has potentially been modified after validation */
__xnu_struct_group(cs_blob_platform_flags, csb_platform_flags, {
/* The following two will be replaced by the csb_signer_type. */
unsigned int    csb_platform_binary:1;
unsigned int    csb_platform_path:1;
});

/* Validation category used for TLE */
unsigned int    csb_validation_category;

#if CODE_SIGNING_MONITOR
void *XNU_PTRAUTH_SIGNED_PTR("cs_blob.csb_csm_obj") csb_csm_obj;
bool csb_csm_managed;
#endif
};

Kaynaklar

• *OS Internals Volume III