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macOS MIG - Mach Interface Generator

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Informações Básicas

O MIG foi criado para simplificar o processo de criação de código Mach IPC. Basicamente, ele gera o código necessário para o servidor e o cliente se comunicarem com uma definição fornecida. Mesmo que o código gerado seja feio, um desenvolvedor só precisará importá-lo e seu código será muito mais simples do que antes.

A definição é especificada na Linguagem de Definição de Interface (IDL) usando a extensão .defs.

Essas definições têm 5 seções:

• Declaração de subsistema: A palavra-chave subsistema é usada para indicar o nome e o id. Também é possível marcá-lo como KernelServer se o servidor deve ser executado no kernel.
• Inclusões e importações: O MIG usa o pré-processador C, então é capaz de usar importações. Além disso, é possível usar uimport e simport para código gerado pelo usuário ou servidor.
• Declarações de tipo: É possível definir tipos de dados, embora geralmente importe mach_types.defs e std_types.defs. Para tipos personalizados, pode ser usada alguma sintaxe:
  • [in/out]tran: Função que precisa ser traduzida de uma mensagem de entrada ou para uma mensagem de saída
  • c[user/server]type: Mapeamento para outro tipo C.
  • destructor: Chama esta função quando o tipo é liberado.
• Operações: Estas são as definições dos métodos RPC. Existem 5 tipos diferentes:
  • routine: Espera resposta
  • simpleroutine: Não espera resposta
  • procedure: Espera resposta
  • simpleprocedure: Não espera resposta
  • function: Espera resposta

Exemplo

Crie um arquivo de definição, neste caso com uma função muito simples:

{% code title="myipc.defs" %}

subsystem myipc 500; // Arbitrary name and id

userprefix USERPREF;        // Prefix for created functions in the client
serverprefix SERVERPREF;    // Prefix for created functions in the server

#include <mach/mach_types.defs>
#include <mach/std_types.defs>

simpleroutine Subtract(
server_port :  mach_port_t;
n1          :  uint32_t;
n2          :  uint32_t);

{% endcode %}

Observe que o primeiro argumento é a porta a ser vinculada e o MIG irá lidar automaticamente com a porta de resposta (a menos que seja chamado mig_get_reply_port() no código do cliente). Além disso, o ID das operações será sequencial começando pelo ID do subsistema indicado (então, se uma operação for descontinuada, ela será excluída e skip é usado para continuar usando seu ID).

Agora use o MIG para gerar o código do servidor e do cliente que serão capazes de se comunicar entre si para chamar a função Subtrair:

mig -header myipcUser.h -sheader myipcServer.h myipc.defs

Vários novos arquivos serão criados no diretório atual.

{% hint style="success" %} Você pode encontrar um exemplo mais complexo em seu sistema com: mdfind mach_port.defs
E você pode compilá-lo a partir da mesma pasta do arquivo com: mig -DLIBSYSCALL_INTERFACE mach_ports.defs {% endhint %}

Nos arquivos myipcServer.c e myipcServer.h você pode encontrar a declaração e definição da struct SERVERPREFmyipc_subsystem, que basicamente define a função a ser chamada com base no ID da mensagem recebida (indicamos um número inicial de 500):

{% tabs %} {% tab title="myipcServer.c" %}

/* Description of this subsystem, for use in direct RPC */
const struct SERVERPREFmyipc_subsystem SERVERPREFmyipc_subsystem = {
myipc_server_routine,
500, // start ID
501, // end ID
(mach_msg_size_t)sizeof(union __ReplyUnion__SERVERPREFmyipc_subsystem),
(vm_address_t)0,
{
{ (mig_impl_routine_t) 0,
// Function to call
(mig_stub_routine_t) _XSubtract, 3, 0, (routine_arg_descriptor_t)0, (mach_msg_size_t)sizeof(__Reply__Subtract_t)},
}
};

{% endtab %}

{% tab title="myipcServer.h" %}

macOS MIG (Mach Interface Generator)

O macOS MIG (Mach Interface Generator) é uma ferramenta que gera interfaces de comunicação entre processos para comunicação entre processos em sistemas baseados em Mach. Ele é amplamente utilizado para comunicação entre processos em sistemas macOS e iOS. O MIG gera código C que lida com a comunicação entre processos, permitindo que os processos se comuniquem de forma eficiente e segura. É importante entender como o MIG funciona para aproveitar ao máximo a comunicação entre processos em sistemas macOS.

Exemplo de uso do MIG

Aqui está um exemplo simples de como usar o MIG para comunicação entre processos em sistemas macOS:

1. Defina as mensagens que os processos podem enviar e receber.
2. Compile o arquivo de definição de interface usando o MIG.
3. Implemente o código do servidor e do cliente para lidar com as mensagens definidas.
4. Compile e execute o servidor e o cliente para iniciar a comunicação entre processos.

Compreender o funcionamento do MIG e como usá-lo adequadamente pode ser útil para desenvolver aplicativos que se comunicam de forma eficiente e segura em sistemas macOS e iOS.

{% endtab %}

/* Description of this subsystem, for use in direct RPC */
extern const struct SERVERPREFmyipc_subsystem {
mig_server_routine_t	server;	/* Server routine */
mach_msg_id_t	start;	/* Min routine number */
mach_msg_id_t	end;	/* Max routine number + 1 */
unsigned int	maxsize;	/* Max msg size */
vm_address_t	reserved;	/* Reserved */
struct routine_descriptor	/* Array of routine descriptors */
routine[1];
} SERVERPREFmyipc_subsystem;

Com base na estrutura anterior, a função myipc_server_routine receberá o ID da mensagem e retornará a função apropriada a ser chamada:

mig_external mig_routine_t myipc_server_routine
(mach_msg_header_t *InHeadP)
{
int msgh_id;

msgh_id = InHeadP->msgh_id - 500;

if ((msgh_id > 0) || (msgh_id < 0))
return 0;

return SERVERPREFmyipc_subsystem.routine[msgh_id].stub_routine;
}

Neste exemplo, apenas definimos 1 função nas definições, mas se tivéssemos definido mais funções, elas estariam dentro do array de SERVERPREFmyipc_subsystem e a primeira teria sido atribuída ao ID 500, a segunda ao ID 501...

Se a função fosse esperada para enviar uma resposta, a função mig_internal kern_return_t __MIG_check__Reply__<nome> também existiria.

Na verdade, é possível identificar essa relação na struct subsystem_to_name_map_myipc de myipcServer.h (subsystem_to_name_map_*** em outros arquivos):

#ifndef subsystem_to_name_map_myipc
#define subsystem_to_name_map_myipc \
{ "Subtract", 500 }
#endif

Finalmente, outra função importante para fazer o servidor funcionar será myipc_server, que é aquela que realmente chama a função relacionada ao ID recebido:

mig_external boolean_t myipc_server
(mach_msg_header_t *InHeadP, mach_msg_header_t *OutHeadP)
{
/*
* typedef struct {
* 	mach_msg_header_t Head;
* 	NDR_record_t NDR;
* 	kern_return_t RetCode;
* } mig_reply_error_t;
*/

mig_routine_t routine;

OutHeadP->msgh_bits = MACH_MSGH_BITS(MACH_MSGH_BITS_REPLY(InHeadP->msgh_bits), 0);
OutHeadP->msgh_remote_port = InHeadP->msgh_reply_port;
/* Tamanho mínimo: a rotina() irá atualizá-lo se for diferente */
OutHeadP->msgh_size = (mach_msg_size_t)sizeof(mig_reply_error_t);
OutHeadP->msgh_local_port = MACH_PORT_NULL;
OutHeadP->msgh_id = InHeadP->msgh_id + 100;
OutHeadP->msgh_reserved = 0;

if ((InHeadP->msgh_id > 500) || (InHeadP->msgh_id < 500) ||
<strong>	    ((routine = SERVERPREFmyipc_subsystem.routine[InHeadP->msgh_id - 500].stub_routine) == 0)) {
</strong>		((mig_reply_error_t *)OutHeadP)->NDR = NDR_record;
((mig_reply_error_t *)OutHeadP)->RetCode = MIG_BAD_ID;
return FALSE;
}
<strong>	(*routine) (InHeadP, OutHeadP);
</strong>	return TRUE;
}

Verifique as linhas anteriormente destacadas acessando a função a ser chamada por ID.

O código a seguir cria um servidor e um cliente simples onde o cliente pode chamar as funções Subtrair do servidor:

{% tabs %} {% tab title="myipc_server.c" %}

// gcc myipc_server.c myipcServer.c -o myipc_server

#include <stdio.h>
#include <mach/mach.h>
#include <servers/bootstrap.h>
#include "myipcServer.h"

kern_return_t SERVERPREFSubtract(mach_port_t server_port, uint32_t n1, uint32_t n2)
{
printf("Received: %d - %d = %d\n", n1, n2, n1 - n2);
return KERN_SUCCESS;
}

int main() {

mach_port_t port;
kern_return_t kr;

// Register the mach service
kr = bootstrap_check_in(bootstrap_port, "xyz.hacktricks.mig", &port);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("bootstrap_check_in() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}

// myipc_server is the function that handles incoming messages (check previous exlpanation)
mach_msg_server(myipc_server, sizeof(union __RequestUnion__SERVERPREFmyipc_subsystem), port, MACH_MSG_TIMEOUT_NONE);
}

{% endtab %}

{% tab title="myipc_client.c" %}

// gcc myipc_client.c myipcUser.c -o myipc_client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#include <mach/mach.h>
#include <servers/bootstrap.h>
#include "myipcUser.h"

int main() {

// Lookup the receiver port using the bootstrap server.
mach_port_t port;
kern_return_t kr = bootstrap_look_up(bootstrap_port, "xyz.hacktricks.mig", &port);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("bootstrap_look_up() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("Port right name %d\n", port);
USERPREFSubtract(port, 40, 2);
}

{% endtab %} {% endtabs %}

O registro NDR

O registro NDR é exportado por libsystem_kernel.dylib e é uma estrutura que permite ao MIG transformar dados de forma que seja agnóstico ao sistema no qual está sendo utilizado, já que o MIG foi projetado para ser usado entre diferentes sistemas (e não apenas na mesma máquina).

Isso é interessante porque se o _NDR_record for encontrado em um binário como uma dependência (jtool2 -S <binary> | grep NDR ou nm), significa que o binário é um cliente ou servidor MIG.

Além disso, os servidores MIG têm a tabela de despacho em __DATA.__const (ou em __CONST.__constdata no kernel do macOS e __DATA_CONST.__const em outros kernels *OS). Isso pode ser extraído com o jtool2.

E os clientes MIG usarão o __NDR_record para enviar com __mach_msg para os servidores.

Análise Binária

jtool

Como muitos binários agora usam MIG para expor portas mach, é interessante saber como identificar que o MIG foi usado e as funções que o MIG executa com cada ID de mensagem.

jtool2 pode analisar informações do MIG de um binário Mach-O indicando o ID da mensagem e identificando a função a ser executada:

jtool2 -d __DATA.__const myipc_server | grep MIG

Além disso, as funções MIG são apenas invólucros da função real que é chamada, o que significa que ao obter seu desmontagem e procurar por BL, você pode ser capaz de encontrar a função real sendo chamada:

jtool2 -d __DATA.__const myipc_server | grep BL

Assembly

Foi mencionado anteriormente que a função que irá chamar a função correta dependendo do ID da mensagem recebida era myipc_server. No entanto, geralmente você não terá os símbolos do binário (nomes de funções), então é interessante ver como ela se parece decompilada, pois sempre será muito semelhante (o código desta função é independente das funções expostas):

{% tabs %} {% tab title="myipc_server decompiled 1" %}

int _myipc_server(int arg0, int arg1) {
var_10 = arg0;
var_18 = arg1;
// Instruções iniciais para encontrar os ponteiros de função apropriados
*(int32_t *)var_18 = *(int32_t *)var_10 & 0x1f;
*(int32_t *)(var_18 + 0x8) = *(int32_t *)(var_10 + 0x8);
*(int32_t *)(var_18 + 0x4) = 0x24;
*(int32_t *)(var_18 + 0xc) = 0x0;
*(int32_t *)(var_18 + 0x14) = *(int32_t *)(var_10 + 0x14) + 0x64;
*(int32_t *)(var_18 + 0x10) = 0x0;
if (*(int32_t *)(var_10 + 0x14) <= 0x1f4 && *(int32_t *)(var_10 + 0x14) >= 0x1f4) {
rax = *(int32_t *)(var_10 + 0x14);
// Chamada para sign_extend_64 que pode ajudar a identificar esta função
// Isso armazena em rax o ponteiro para a chamada que precisa ser feita
// Verifique o uso do endereço 0x100004040 (array de endereços de funções)
// 0x1f4 = 500 (o ID de início)
            rax = *(sign_extend_64(rax - 0x1f4) * 0x28 + 0x100004040);
            var_20 = rax;
// Se - senão, se o se retornar falso, enquanto o senão chama a função correta e retorna verdadeiro
            if (rax == 0x0) {
                    *(var_18 + 0x18) = **_NDR_record;
*(int32_t *)(var_18 + 0x20) = 0xfffffffffffffed1;
var_4 = 0x0;
}
else {
// Endereço calculado que chama a função apropriada com 2 argumentos
                    (var_20)(var_10, var_18);
                    var_4 = 0x1;
}
}
else {
*(var_18 + 0x18) = **_NDR_record;
*(int32_t *)(var_18 + 0x20) = 0xfffffffffffffed1;
var_4 = 0x0;
}
rax = var_4;
return rax;
}

{% endtab %}

{% tab title="myipc_server decompiled 2" %} Esta é a mesma função decompilada em uma versão gratuita diferente do Hopper:

int _myipc_server(int arg0, int arg1) {
r31 = r31 - 0x40;
saved_fp = r29;
stack[-8] = r30;
var_10 = arg0;
var_18 = arg1;
// Instruções iniciais para encontrar os ponteiros de função apropriados
*(int32_t *)var_18 = *(int32_t *)var_10 & 0x1f | 0x0;
*(int32_t *)(var_18 + 0x8) = *(int32_t *)(var_10 + 0x8);
*(int32_t *)(var_18 + 0x4) = 0x24;
*(int32_t *)(var_18 + 0xc) = 0x0;
*(int32_t *)(var_18 + 0x14) = *(int32_t *)(var_10 + 0x14) + 0x64;
*(int32_t *)(var_18 + 0x10) = 0x0;
r8 = *(int32_t *)(var_10 + 0x14);
r8 = r8 - 0x1f4;
if (r8 > 0x0) {
if (CPU_FLAGS & G) {
r8 = 0x1;
}
}
if ((r8 & 0x1) == 0x0) {
r8 = *(int32_t *)(var_10 + 0x14);
r8 = r8 - 0x1f4;
if (r8 < 0x0) {
if (CPU_FLAGS & L) {
r8 = 0x1;
}
}
if ((r8 & 0x1) == 0x0) {
r8 = *(int32_t *)(var_10 + 0x14);
// 0x1f4 = 500 (o ID de início)
                    r8 = r8 - 0x1f4;
                    asm { smaddl     x8, w8, w9, x10 };
r8 = *(r8 + 0x8);
var_20 = r8;
r8 = r8 - 0x0;
if (r8 != 0x0) {
if (CPU_FLAGS & NE) {
r8 = 0x1;
}
}
// Mesmo se senão que na versão anterior
// Verifique o uso do endereço 0x100004040 (array de endereços de funções)
                    if ((r8 & 0x1) == 0x0) {
                            *(var_18 + 0x18) = **0x100004000;
                            *(int32_t *)(var_18 + 0x20) = 0xfffffed1;
var_4 = 0x0;
}
else {
// Chamada para o endereço calculado onde a função deve estar
                            (var_20)(var_10, var_18);
                            var_4 = 0x1;
}
}
else {
*(var_18 + 0x18) = **0x100004000;
*(int32_t *)(var_18 + 0x20) = 0xfffffed1;
var_4 = 0x0;
}
}
else {
*(var_18 + 0x18) = **0x100004000;
*(int32_t *)(var_18 + 0x20) = 0xfffffed1;
var_4 = 0x0;
}
r0 = var_4;
return r0;
}

{% endtab %} {% endtabs %}

Na verdade, se você for para a função 0x100004000, você encontrará o array de structs routine_descriptor. O primeiro elemento da struct é o endereço onde a função é implementada, e a struct tem 0x28 bytes, então a cada 0x28 bytes (começando do byte 0) você pode obter 8 bytes e esse será o endereço da função que será chamada:

Esses dados podem ser extraídos usando este script do Hopper.

Depuração

O código gerado pelo MIG também chama kernel_debug para gerar logs sobre operações na entrada e saída. É possível verificá-los usando trace ou kdv: kdv all | grep MIG

Referências

• *OS Internals, Volume I, User Mode, Jonathan Levin

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