macOS Code Signing

支持 HackTricks

基本信息

Mach-o 二进制文件包含一个加载命令 LC_CODE_SIGNATURE,指示二进制文件内部签名的 偏移量大小。实际上,使用 GUI 工具 MachOView,可以在二进制文件的末尾找到一个名为 Code Signature 的部分,其中包含这些信息:

代码签名的魔术头是 0xFADE0CC0。然后你会看到一些信息,例如包含它们的 superBlob 的长度和 blob 的数量。 可以在 源代码这里 找到这些信息:

/*
* 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)));

常见的包含内容有代码目录、要求和权限以及加密消息语法(CMS)。 此外,请注意,编码在 blobs 中的数据是以 大端序 编码的。

此外,签名可以从二进制文件中分离并存储在 /var/db/DetachedSignatures(iOS 使用)。

代码目录 Blob

可以在代码中找到 代码目录 Blob 的声明

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)));

注意,这个结构有不同的版本,旧版本可能包含较少的信息。

签名代码页面

对完整二进制文件进行哈希会低效,甚至在其仅部分加载到内存时毫无用处。因此,代码签名实际上是哈希的哈希,其中每个二进制页面单独进行哈希。 实际上,在之前的 Code Directory 代码中,您可以看到 页面大小在其字段中被指定。此外,如果二进制文件的大小不是页面大小的倍数,字段 CodeLimit 指定了签名的结束位置。

# 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

注意,应用程序可能还包含一个权限 blob,其中定义了所有权限。此外,一些 iOS 二进制文件可能在特殊槽 -7 中具有其特定权限(而不是在 -5 权限特殊槽中)。

Special Slots

MacOS 应用程序并不具备执行所需的一切,它们还使用外部资源(通常在应用程序的内)。因此,二进制文件中有一些槽将包含一些有趣的外部资源的哈希,以检查它们是否被修改。

实际上,可以在代码目录结构中看到一个名为**nSpecialSlots**的参数,指示特殊槽的数量。没有特殊槽 0,最常见的槽(从 -1 到 -6)是:

  • info.plist 的哈希(或在 __TEXT.__info__plist 内的那个)。

  • 要求的哈希

  • 资源目录的哈希(包内 _CodeSignature/CodeResources 文件的哈希)。

  • 应用程序特定(未使用)

  • 权限的哈希

  • 仅 DMG 代码签名

  • DER 权限

Code Signing Flags

每个进程都有一个相关的位掩码,称为 status,由内核启动,其中一些可以被代码签名覆盖。这些可以包含在代码签名中的标志在代码中定义

/* 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)

注意,函数 exec_mach_imgact 在启动执行时也可以动态添加 CS_EXEC_* 标志。

代码签名要求

每个应用程序存储一些 要求,它必须 满足 以便能够执行。如果 应用程序包含的要求未被应用程序满足,则不会执行(因为它可能已被更改)。

二进制文件的要求使用 特殊语法,这是一个 表达式 的流,并使用 0xfade0c00 作为魔法值编码为 blobs,其 哈希存储在特殊代码槽中

可以通过运行以下命令查看二进制文件的要求:

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

注意这些签名可以检查诸如认证信息、TeamID、ID、权限和许多其他数据。

此外,可以使用 csreq 工具生成一些编译的要求:

# 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
[...]

可以通过 Security.framework 中的一些 API 访问此信息并创建或修改要求,例如:

检查有效性

  • Sec[Static]CodeCheckValidity:检查 SecCodeRef 是否符合要求的有效性。

  • SecRequirementEvaluate:在证书上下文中验证要求。

  • SecTaskValidateForRequirement:验证正在运行的 SecTask 是否符合 CFString 要求。

创建和管理代码要求

  • SecRequirementCreateWithData 从表示要求的二进制数据创建 SecRequirementRef

  • SecRequirementCreateWithString 从要求的字符串表达式创建 SecRequirementRef

  • SecRequirementCopy[Data/String]:检索 SecRequirementRef 的二进制数据表示。

  • SecRequirementCreateGroup:为应用程序组成员资格创建要求。

访问代码签名信息

  • SecStaticCodeCreateWithPath:从文件系统路径初始化 SecStaticCodeRef 对象以检查代码签名。

  • SecCodeCopySigningInformation:从 SecCodeRefSecStaticCodeRef 获取签名信息。

修改代码要求

  • SecCodeSignerCreate:创建 SecCodeSignerRef 对象以执行代码签名操作。

  • SecCodeSignerSetRequirement:为代码签名者设置在签名期间应用的新要求。

  • SecCodeSignerAddSignature:将签名添加到使用指定签名者签名的代码中。

使用要求验证代码

  • SecStaticCodeCheckValidity:根据指定要求验证静态代码对象。

其他有用的 API

  • SecCodeCopy[Internal/Designated]Requirement:从 SecCodeRef 获取 SecRequirementRef

  • SecCodeCopyGuestWithAttributes:创建一个 SecCodeRef,表示基于特定属性的代码对象,适用于沙箱。

  • SecCodeCopyPath:检索与 SecCodeRef 关联的文件系统路径。

  • SecCodeCopySigningIdentifier:从 SecCodeRef 获取签名标识符(例如,团队 ID)。

  • SecCodeGetTypeID:返回 SecCodeRef 对象的类型标识符。

  • SecRequirementGetTypeID:获取 SecRequirementRef 的 CFTypeID。

代码签名标志和常量

  • kSecCSDefaultFlags:在许多 Security.framework 函数中用于代码签名操作的默认标志。

  • kSecCSSigningInformation:用于指定应检索签名信息的标志。

代码签名强制执行

内核是在允许应用程序代码执行之前检查代码签名的。此外,能够在内存中写入和执行新代码的一种方法是滥用 JIT,如果 mprotectMAP_JIT 标志调用。请注意,应用程序需要特殊的权限才能做到这一点。

cs_blobs & cs_blob

cs_blob 结构包含有关正在运行的进程的权限信息。 csb_platform_binary 还指示应用程序是否为平台二进制文件(操作系统在不同时间检查以应用安全机制,例如保护这些进程的任务端口的 SEND 权限)。

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
};

参考文献

支持 HackTricks

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