【安全研究】从mimikatz学习Windows安全之访问控制模型（一）

三叶草

作者：Loong716@Amulab

0x00 前言
Mimikatz是法国安全研究员Benjamin Delpy开发的一款安全工具。ST测试人员对mimikatz印象最深的肯定就是抓取Windows凭证，但作者对它的描述是“a tool I’ve made to learn C and make somes experiments with Windows security.”，其实它的功能不仅仅是抓取凭证，还包含了很多Windows安全相关的技术和知识
这里借用@daiker师傅的思维导图，mimikatz的模块大致可分为几个部分：

因此文章也会大致分为windows 访问控制模型，windows 凭据以及加解密，windows AD 安全，windows 进程以及服务，mimikatz 其他模块五个小系列。之前自己一直想分析mimikatz的相关功能，主要是出于以下原因：

mimikatz中有许多功能利用了Windows的一些机制和特性，以changentlm为例，其利用MS-SAMR协议修改用户的密码，我们再根据MS-SAMR或RPC进行知识延伸，肯定也有不少收获
mimikatz中涉及大量内存的操作，其中运用的内存Patch技术也被经常应用于一些安全机制的绕过（如绕过AMSI、Credential Guard等），于是自己想在分析过程中通过windbg学到一些调试的技巧
mimikatz在实战中被杀的很厉害，了解相应原理可以自己实现相应功能
学习/练习C语言 ????

mimikatz中与Windows访问控制模型相关的有privilege、token、sid三个模块，其分别对应特权、访问令牌、安全标识符三个知识，本文主要分析token模块，并简要介绍Windows访问控制模型
由于mimikatz代码逻辑较为复杂，涉及大量回调，因此文中代码都是经过简化的。文章可能也会有一些技术上或者逻辑上的错误，还请师傅们指正

0x01 访问控制模型简介
Windows访问控制模型有两个基本组成部分：

访问令牌(Access Token)：包含有关登录用户的信息
安全描述符(Security Descriptor)：包含用于保护安全对象的安全信息

1. 访问令牌(Access Token)
访问令牌(Access Token)被用来描述一个进程或线程的安全上下文，用户每次登录成功后，系统会为其创建访问令牌，该用户的所有进程也将拥有此访问令牌的副本
当线程与安全对象进行交互或尝试执行需要特权的系统任务时，系统使用访问令牌来标识用户。使用windbg查看进程的token，其包含信息如下图所示：

2. 安全描述符(Security Descriptor)
安全描述符(Security Descriptor)包含与安全对象有关的安全信息，这些信息规定了哪些用户/组可以对这个对象执行哪些操作，安全描述符主要由以下部分构成：

所有者的SID
组SID
自主访问控制列表（DACL），规定哪些用户/组可以对这个对象执行哪些操作
系统访问控制列表（SACL），规定哪些用户/组的哪些操作将被记录到安全审计日志中

在windbg中查看一个安全对象的安全描述符，可以清晰的看到安全描述符的组成：

可以看到该安全描述符的DACL中有三条ACE，ACE的类型都是ACCESS_ALLOWED_ACE_TYPE，Mask是权限掩码，用来指定对应的权限。以第一条ACE为例，其表示允许SID为S-1-5-32-544的对象能够对该安全对象做0x001fffff对应的操作
3. 权限检查的过程
当某个线程尝试访问一个安全对象时，系统根据安全对象的ACE对照线程的访问令牌来判断该线程是否能够对该安全对象进行访问。通常，系统使用请求访问的线程的主访问令牌。但是，如果线程正在模拟其他用户，则系统会使用线程的模拟令牌
此时将在该安全对象的DACL中按顺序检查ACE，直到发生以下事件：

某一条拒绝类型的ACE显式拒绝令牌中某个受信者的所有访问权限
一条或多条允许类型的ACE允许令牌中列出的受信者的所有访问权限
检查完所有ACE但没有一个权限显式允许，那么系统会隐式拒绝该访问

我们以微软文档中的图片为例，描述一下整个过程：

线程A请求访问安全对象，系统读取ACE1，发现拒绝Andrew用户的所有访问权限，而线程A的访问令牌是Andrew，因此拒绝访问，并不再检查ACE2、ACE3
线程A请求访问，系统按顺序读取ACE，ACE1不适用，读取到ACE2发现适用，再读取到ACE3也适用，因此最终该用户拥有对该安全对象的读、写、执行权限

0x02 Mimikatz的Token模块
Mimikatz的token模块共有5个功能：

token::whoami：列出当前进程/线程的token信息
token::list：列出当前系统中存在的token
token::elevate：窃取其他用户的token
token::run：利用某用户权限运行指定程序
token::revert：恢复为原来的token

1. token::whoami
该功能用于列出当前进程/线程的token信息

只有一个可选参数/full，当指定该参数时会打印出当前token的组信息和特权信息：

该功能的原理大致如下：

通过OpenProcess()获取当前进程/线程的句柄
调用GetTokenInformation()获取token的各种信息并输出

其核心为调用GetTokenInformation()来获取token的各种信息，我们先来看这个API定义

BOOL GetTokenInformation(
  HANDLE          TokenHandle,
  TOKEN_INFORMATION_CLASS TokenInformationClass,
  LPVOID          TokenInformation,
  DWORD           TokenInformationLength,
  PDWORD          ReturnLength
);

其中第二个参数是一个TOKEN_INFORMATION_CLASS枚举类型，我们可以通过指定它的值来获取token指定的信息

typedef enum _TOKEN_INFORMATION_CLASS {
  TokenUser,
  TokenGroups,
  TokenPrivileges,
  TokenOwner,
  TokenPrimaryGroup,
  TokenDefaultDacl,
  TokenSource,
  ...
} TOKEN_INFORMATION_CLASS, *PTOKEN_INFORMATION_CLASS;

例如获取token的SessionID并输出，可以使用以下代码：

if (!GetTokenInformation(hToken, TokenSessionId, &sessionId, sizeof(TokenSessionId), &dwSize))
{
  wprintf(L"[!] GetTokenInformation error: %u\n", GetLastError());
}
wprintf(L"\t%-21s: %u\n", L"Session ID", sessionId);

2. token::list
该功能是获取当前系统中所有的token，注意使用前需要先获取SeDebugPrivilege，否则列出的token不全

该功能原理大致如下：

调用NtQuerySystemInformation()获取系统进程信息（如进程PID等）
循环遍历所有进程的PID，使用token::whoami功能中的方法对指定token信息进行输出

NtQuerySystemInformation()用来检索指定的系统信息：

__kernel_entry NTSTATUS NtQuerySystemInformation(
  SYSTEM_INFORMATION_CLASS SystemInformationClass,
  PVOID          SystemInformation,
  ULONG          SystemInformationLength,
  PULONG           ReturnLength
);

其第一个参数是一个SYSTEM_INFORMATION_CLASS枚举类型，我们同样可以指定不同参数来获取不同的系统信息

以获取系统进程名和PID为例，代码如下：

PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION pProcessInfo = NULL;
DWORD flag = TRUE;
pProcessInfo = (PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION)malloc(dwSize);
ntReturn = NtQuerySystemInformation(SystemProcessInformation, pProcessInfo, dwSize, &dwSize);
while (ntReturn == STATUS_INFO_LENGTH_MISMATCH) {
  free(pProcessInfo);
  pProcessInfo = (PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION)malloc(dwSize);
  ntReturn = NtQuerySystemInformation(SystemProcessInformation, pProcessInfo, dwSize, &dwSize);
}
while (flag)
{
  if (pProcessInfo->NextEntryOffset == 0)
    flag = FALSE;
  wprintf(L"%-15d", (DWORD)pProcessInfo->UniqueProcessId);
  wprintf(L"%-50s", (wchar_t*)pProcessInfo->ImageName.Buffer);
  pProcessInfo = (PSYSTEM_PROCESS_INFORMATION)((BYTE*)pProcessInfo + pProcessInfo->NextEntryOffset);
}

PS：按照该思路，理论上利用CreateToolhelp32Snapshot() + Process32First()遍历进程PID也可以实现该功能
3. token::elevate
该模块用于窃取指定用户的token，共有7个可选参数，这些参数主要用来指定要窃取的token，如果不指定参数则默认窃取NT AUTHORITY\SYSTEM的token

/id：指定目标token的TokenID
/domainadmin：窃取域管的token
/enterpriseadmin：窃取企业管理员的token
/admin：窃取本地管理员的token
/localservice：窃取Local Service权限的token
/networkservice：窃取Network Service权限的token
/system：窃取SYSTEM权限的token

假设我们现在在目标机器上发现的域管权限的token

我们可以指定目标TokenID，或者使用/domainadmin来窃取域管的token，执行成功后可以看到当前线程已经拥有域管的模拟令牌：

然后我们就可以在当前mimikatz上下文中使用域管身份执行操作了，如DCSync

该功能大致过程如下：

通过OpenProcess()获取当前进程/线程的句柄
调用OpenProcessToken()打开与进程相关的token句柄
使用DuplicateTokenEx()使用目标进程token创建一个新的模拟token
调用SetThreadToken()设置当前线程的token为上一步创建的新的模拟token

由于窃取token是Access Token利用的重点，该过程放在本文后面分析
4. token::run
该功能是使用指定的token来运行程序，也可以使用token::elevate中的几个参数来指定运行程序的token，除此之外还有一个参数：

/process：指定要运行的程序，默认值为whoami.exe

其原理前三步与token::elevate大致相同，区别在于使用DuplicateTokenEx()窃取token后，该功能使用CreateProcessAsUser()来使用新的primary token创建一个进程

BOOL CreateProcessAsUserA(
  HANDLE        hToken,
  LPCSTR        lpApplicationName,
  LPSTR         lpCommandLine,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
  BOOL          bInheritHandles,
  DWORD         dwCreationFlags,
  LPVOID        lpEnvironment,
  LPCSTR        lpCurrentDirectory,
  LPSTARTUPINFOA    lpStartupInfo,
  LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
);

创建进程后，利用匿名管道做进程间通信，将新创建进程的标准输出写入到匿名管道的write端，从管道read端读取数据进行回显（在webshell等非交互场景下很有用）

if (CreatePipe(&hStdoutR, &hStdoutW, &saAttr, 0))
{
  SetHandleInformation(hStdoutR, HANDLE_FLAG_INHERIT, 0);
  si.cb = sizeof(STARTUPINFO);
  si.hStdOutput = hStdoutW;
  si.hStdError = si.hStdOutput;
  si.dwFlags |= STARTF_USESTDHANDLES;
  if (CreateProcessWithTokenW(hDupToken, LOGON_WITH_PROFILE, NULL, cmd, CREATE_NO_WINDOW | CREATE_UNICODE_ENVIRONMENT, NULL, NULL, &si, &pi))
  {
    CloseHandle(si.hStdOutput);
    si.hStdOutput = si.hStdError = NULL;
    while (ReadFile(hStdoutR, resultBuf, sizeof(resultBuf), &dwRead, NULL) && dwRead)
    {
      for (i = 0; i < dwRead; i++)
        wprintf(L"%c", resultBuf[i]);
    }
    WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
    CloseHandle(pi.hThread);
    CloseHandle(pi.hProcess);
  }
  else wprintf(L"CreateProcessWithTokenW error 0x%08X\n", GetLastError());
}
else wprintf(L"CreatePipe error! 0x%08X\n", GetLastError());

5. token::revert
该模块用来清除线程的模拟令牌：

原理很简单，直接使用SetThreadToken(NULL, NULL)即可将当前线程的token清除

0x03 令牌窃取
在ST测试中，窃取token是administrator -> system的常见手法之一，还经常被用于降权等用户切换操作
1. 原理
窃取token主要涉及以下几个API：

OpenProcess

HANDLE OpenProcess(
  DWORD dwDesiredAccess,
  BOOL  bInheritHandle,
  DWORD dwProcessId
);

该函数打开指定PID的进程的句柄，需要注意的是第一个参数dwDesiredAccess，主要会用到的是以下三个权限

PROCESS_ALL_ACCESS
PROCESS_QUERY_INFORMATION (0x0400)
PROCESS_QUERY_LIMITED_INFORMATION (0x1000)

我在编写窃取Token的代码时，发现对部分进程（如smss.exe、csrss.exe等）调用OpenProcess会出现拒绝访问的情况，查阅网上资料后发现这些进程存在保护，需要使用PROCESS_QUERY_LIMITED_INFORMATION权限打开句柄，详情请参考这篇文章

OpenProcessToken

BOOL OpenProcessToken(
  HANDLE  ProcessHandle,
  DWORD   DesiredAccess,
  PHANDLE TokenHandle
);

该函数打开与进程相关联的令牌的句柄，其中第二个参数DesiredAccess同样用来指定令牌的访问权限，需要以下几个：

TOKEN_DUPLICATE：复制令牌需要的权限
TOKEN_QUERY：查询令牌需要的权限

如果要调用DuplicateTokenEx需要指定TOKEN_DUPLICATE，如果调用ImpersonatedLoggedOnUser则需要指定TOKEN_DUPLICATE和TOKEN_QUERY

DuplicateTokenEx

BOOL DuplicateTokenEx(
  HANDLE             hExistingToken,
  DWORD            dwDesiredAccess,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES    lpTokenAttributes,
  SECURITY_IMPERSONATION_LEVEL ImpersonationLevel,
  TOKEN_TYPE           TokenType,
  PHANDLE            phNewToken
);

DuplicateTokenEx用来复制现有的令牌来生成一张新令牌，该函数可以选择生成主令牌还是模拟令牌

hExistingToken：指定现有的令牌句柄，可以使用OpenProcessToken获得
dwDesiredAccess：用来指定令牌访问权限，需要指定以下几个来支持后面调用CreateProcessWithToken：
- TOKEN_DUPLICATE：需要复制访问令牌
- TOKEN_QUERY：需要查询访问令牌
- TOKEN_ASSIGN_PRIMARY：将令牌附加到主进程的权限
- TOKEN_ADJUST_DEFAULT：需要更改访问令牌的默认所有者、主要组或 DACL
- TOKEN_ADJUST_SESSIONID：需要调整访问令牌的会话 ID，需要 SE_TCB_NAME 权限
lpTokenAttributes：指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，该结构指定新令牌的安全描述符并确定子进程是否可以继承该令牌
ImpersonationLevel：指定令牌的模拟级别，当进行复制令牌时，主令牌被复制为模拟令牌是始终被允许的，而模拟令牌复制为主令牌则需要模拟级别 >= Impersonate
TokenType：指定新令牌的类型，是主令牌（Primary Token）还是模拟令牌（Impersonate Token）
phNewToken：返回令牌句柄的地址

复制完一张新令牌后，我们就可以利用这张新令牌来运行我们指定的进程了

CreateProcessWithTokenW

BOOL CreateProcessWithTokenW(
  HANDLE        hToken,
  DWORD         dwLogonFlags,
  LPCWSTR         lpApplicationName,
  LPWSTR        lpCommandLine,
  DWORD         dwCreationFlags,
  LPVOID        lpEnvironment,
  LPCWSTR         lpCurrentDirectory,
  LPSTARTUPINFOW    lpStartupInfo,
  LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
);

该函数创建一个新进程及其主线程，新进程在指定令牌的安全上下文中运行。我们直接指定前面复制出来的新令牌，使用该令牌创建我们指定的进程即可
2. 利用
根据mimikatz的token模块的原理，简单实现了一个demo，也有许多token相关的工具如incognito等
当获取管理员权限后，我们可以列出系统中进程对应的token：

然后窃取指定进程的token来运行我们的程序，如直接运行上线马

如果想要拿回程序输出的话，则可以通过管道等进程间通信的方法来回显输出

如果拿到一台机器有域管的进程，那么我们可以直接窃取域管进程的token来进行DCSync *GJ*

0x04 参考链接
https://docs.microsoft.com/
https://github.com/gentilkiwi/mimikatz/
https://www.ired.team/offensive-security/privilege-escalation/t1134-access-token-manipulation
https://www.slideshare.net/JustinBui5/understanding-windows-access-token-manipulation
https://posts.specterops.io/understanding-and-defending-against-access-token-theft-finding-alternatives-to-winlogon-exe-80696c8a73b

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