CVE-2018-14634 - Linux create_elf_tables()中的整型溢出 - 翻译

原文:https://seclists.org/oss-sec/2018/q3/274

摘要

Qualys研究实验室的安全团队发现一个位于Linux内核函数create_elf_tables()中的整型溢出漏洞。在64位系统下，本地攻击者可能利用该漏洞通过SUID-root程序获取root权限。

只有内核commit b6a2fea39318 (mm:可变参数长度，2007)，但是没有commit da029c11e6b1(exec:限制arg stack最多使用 75% 的 _STK_LIM,2017) 可被利用

绝大多数Linux发行版commit da029c11e6b1 在他们长期支持的内核中，但是 Red Hat Enterprise Linux 和 CentOS 并没有，因此这两个发行版中，容易受到攻击。

分析

150 #define STACK_ROUND(sp, items) \
151         (((unsigned long) (sp - items)) &~ 15UL)
...
165 create_elf_tables(struct linux_binprm *bprm, struct elfhdr *exec,
...
169         int argc = bprm->argc;
170         int envc = bprm->envc;
171         elf_addr_t __user *sp;//elf_addr_t == unsigned int
...
178         int items;
...
190         p = arch_align_stack(p);
...
287         items = (argc + 1) + (envc + 1) + 1;
288         bprm->p = STACK_ROUND(sp, items);//bprm->p = (((unsigned long) (sp - items)) &~ 15UL)
...
295         sp = (elf_addr_t __user *)bprm->p;

argc 代表传递给execve()的命令行参数个数，envc 代表传递给execve()的环境变量个数。因为argc、envc的大小都被限制在0 ~ 0x7FFFFFFF(MAX_ARG_STRINGS (fs/exec.c))之内，所以我们可以使287行的items变量整型溢出为一个负数.

因此，我们能够增加用户空间的栈指针而不是减少它（当items为负数的时候，分析第288行可知），将用户空间的栈重定向到我们的参数和环境字符串的中间,然后在SUID-root程序在用户空间执行的时候，重写这些字符串

利用

我们执行一个 SUID-root程序，使变量items的值为0x80000000,因此需要大约0x80000000 * sizeof(char ) = 16GB的参数指针，16GB的参数字符串，16GB的环境变量字符串，但是我们的利用只需要 2 16GB = 32GB的内存，而不是 3 * 16 = 48GB，因为我们使用了一些小技巧，减少内存的使用（例如，我们用等效的文件映射替换了近16GB的相等参数指针，这些映射实际上几乎没有内存）

下面的图展示了ld.so加载我们SUID-root程序时的用户空间栈布局:

               | argument strings  |          environment strings          |
--|---|--------|---------+---------|---------+---------+---------+---------|--
  | A | sprand | protect | padding | protect | scratch | onebyte | padding |
--|---|--------|---------+---------|---------+---------+------^--+---------|--
  |     0-8192              ~16GB                1MB         rsp    ~16GB
  v                                               <-------+---|----------|
  |                                                 stack | B | pointers |
  \-------------->-------------->-------------->--------------/   16GB
             0x80000000 * sizeof(elf_addr_t) = 16GB

• A: 由190 - 287 行分配的栈空间（平台和基础平台功能字符串），大约512字节
• sprand:是在第190分配的，大约在 0 - 8192字节之间
• protect:参数字符串中最重要的参数字符串，必须保证不会被破坏（如：argv[0],SUID-root程序的名称）
• padding：大约占16GB的参数字符串
• protect:环境字符串中重要的环境变量字符串，必须保证不会被破坏(如：LD_PRELOAD环境字符串，其会被ld.so的handle_ld_preload函数使用)
• scratch:1M的安全栈空间用于执行SUID-root程序。整型溢出items变量，会导致重定向用户空间的栈指针rsp指向我们的参数字符串和环境变量字符串之间(16GB)--更准确的说，指向我们在环境变量字符串中的onebyte区
• onebyte:256KB大小，会被 ld.so中的handle_ld_preload函数以fname[]覆盖掉4KB大小的空间
• padding:占用接近16GB的栈空间
• pointers:将items变量溢出，重定向rsp之后，16GB的环境变量指针和参数指针将会被create_elf_tables()写到环境变量字符串padding区的高端
• B:在ld.so调用handle_ld_preload之前分配的大约9KB的空间，其在onebyte中间分配的

因此，ld.so调用handle_ld_preload()时，会用fname buffer(可通过LD_PRELOAD环境变量控制) 覆盖掉部分我们的onebyte区，使process_envvars()的UNSECURE_ENVVARS过滤无效(LD_AUDIT,LD_LIBRARY_PATH,LD_PRELOAD等)

利用create_elf_tables()中的整型溢出，造成UNSECURE_ENVVARS过滤无效的POC演示如下:

# gcc -O0 -o poc-suidbin poc-suidbin.c
# chown root poc-suidbin
# chmod 4555 poc-suidbin

$ gcc -o poc-exploit poc-exploit.c
$ time ./poc-exploit
...
ERROR: ld.so: object 'LD_LIBRARY_PATH=.0LD_LIBRARY_PATH=.0LD_LIBRARY_PATH=.' from LD_PRELOAD cannot be preloaded:
ignored.
ERROR: ld.so: object 'LD_LIBRARY_PATH=.0LD_LIBRARY_PATH=.' from LD_PRELOAD cannot be preloaded: ignored.
ERROR: ld.so: object 'LD_LIBRARY_PATH=.' from LD_PRELOAD cannot be preloaded: ignored.
argc 2147090419
stack 0x7ffbe115008f < 0x7ffbe1150188 < 0x7fffe0e50128 < 0x7ff7e11503ea < 0x7ffbe102cdea
getenv 0x7ffbe114d83b .
0x7ffbe114d82b LD_LIBRARY_PATH=.
0x7ffbe114df60 LD_LIBRARY_PATH=.
0x7ffbe114df72 LD_LIBRARY_PATH=.
...
0x7ffbe114e69e LD_LIBRARY_PATH=.
0x7ffbe114e6b0 LD_LIBRARY_PATH=.
0x7ffbe114e6c2 LD_LIBRARY_PATH=.

real    5m38.666s
user    0m0.049s
sys     1m57.828s

演示程序下载地址

poc-suidbin_c.bin:

https://seclists.org/oss-sec/2018/q3/att-274/poc-suidbin_c.bin

poc-exploit_c.bin:

https://seclists.org/oss-sec/2018/q3/att-274/poc-exploit_c.bin

内存分析

一共需要32GB的内存。

溢出items变量，仅仅只需要argc或envc中的任意一个就可以造成溢出，即只要argc就可以，为什么还需要16GB的环境变量呢？其实，溢出后，会造成rsp指针后移16GB,然后写入16GB的参数指针。16GB环境变量就是预留出来的存放指针的地方。

影响版本

内核版本: 2.6.x, 3.10.x, 4.14.x

• Red Hat Enterprise MRG 2
• Red Hat Enterprise MRG 2
• Red Hat Enterprise MRG 2
• Red Hat Enterprise Linux 5
• Debian jessie 3.16.56-1+deb8u1
• Debian jessie (security) 3.16.57-2

吐槽

该漏洞至少需要32GB的内存且系统结构为x64.但是我物理机一共才24G，根本无法调试。。。。。。看来这漏洞专搞高端服务器。