绕过kernel模块版本校验检测

kernel module version check bypass
1、 举例说明
2、 内核是怎么实现的
3、 怎样去突破
4、 总结

1、 举例说明
Linux内核版本很多，升级很快，2个小内核版本中内核函数的定义可能都不一样，为了确保不一致的驱动程序导致kernel oops， 
开发者加入了模块验证机制。它在加载内核模块的时候对模块进行校验， 如果模块与主机的一些环境不一致，就会加载不成功。
看下面一个例子，它简单的输出当期系统中的模块列表：
-------------------------------------------------------------------
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/list.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
struct module *m = THIS_MODULE;

int print_module_test(void)
{
    struct module *mod;
    list_for_each_entry(mod, &m->list, list) {
        printk("%s\n", mod->name); 
    }
    return NULL;
}

static int list_print_init(void)
{
    printk("load list_print module.\n");
    print_module_test();
    return 0;
}
static void list_print_exit(void)
{
    printk("unload list_print module.\n");
}
module_init(list_print_init);
module_exit(list_print_exit);复制代码
我们在Asianux3.0环境中编译一下：
[root@localhost list]# uname -a
Linux localhost.localdomain 2.6.18-8.10AX #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux
然后拷贝到另一台主机上Asianux3.0sp2：
[root@localhost list]#uname -a
Linux localhost.localdomain 2.6.18-128.7AXS3 #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux
用insmod加载：
[root@localhost ~]# insmod list.ko
insmod: error inserting 'list.ko': -1 Invalid module format
报错了，在看下dmesg的信息：
[root@localhost ~]# dmesg|tail -n 1
list: disagrees about version of symbol struct_module

先不管这是什么， 总之我们的模块在另一台2.6.18的主机中加载失败。 通常的做法是要在主机中对源代码进行编译，
然后才能加载成功， 但是如果主机中缺少内核编译环境的话， 我们的模块就不能编译， 也不能安装在主机之中，这是多么尴尬的事情。 
没错， 这就是linux kernel开发的特点。


2、内核是怎么实现的
我们去看看内核在加载模块的时候都干了什么。
grep下dmesg里的关键字， 看看它在哪个文件中：
[root@localhost linux-2.6.18]# grep -r -i 'disagrees about' kernel/
kernel/module.c:                printk("%s: disagrees about version of symbol %s\n",


2.6.18/kernel/module.c:
insmod调用了sys_init_module这个系统调用, 然后进入load_module这个主函数，它解析elf格式的ko文件，然后加载
到内核中：

/* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always
   zero, and we rely on this for optional sections. */
static struct module *load_module(void __user *umod, unsigned long len, const char __user *uargs)
{
    ...
    if (!check_modstruct_version(sechdrs, versindex, mod)) {
        err = -ENOEXEC;
        goto free_hdr;
    }

    modmagic = get_modinfo(sechdrs, infoindex, "vermagic");
    /* This is allowed: modprobe --force will invalidate it. */
    if (!modmagic) {
        add_taint_module(mod,TAINT_FORCED_MODULE);
        printk(KERN_WARNING "%s: no version magic, tainting kernel.\n",
                mod->name);
    } else if (!same_magic(modmagic, vermagic)) {
        printk(KERN_ERR "%s: version magic '%s' should be '%s'\n", mod->name, modmagic, vermagic);
        err = -ENOEXEC;
        goto free_hdr;
    }
    ...
}
check_modstruct_version就是用来计算模块符号的一些crc值，不相同就会出现我们在dmesg里看到的“disagrees about version of symbol”信息。
get_modinfo取得了内核本身的vermagic值，然后用same_magic函数和内核的vermagic去比较，不同也会使内核加载失败。
所以在这里，我们看到内核对模块验证的时候采用了2层验证的方法：模块crc值和vermagic检查。

继续跟踪check_modstruct_version， 现在的内核默认的都开启了CONFIG_MODVERSIONS， 如果没有指定这个选项，
函数为空，我们的目的是要在Asianux 3.0sp2下安装模块，系统当然开了MODVERSIONS选项。
static inline int check_modstruct_version(Elf_Shdr *sechdrs, unsigned int versindex, struct module *mod)
{
    const unsigned long *crc;
    struct module *owner;

    if (!__find_symbol("struct_module", &owner, &crc, 1))
        BUG();

    return check_version(sechdrs, versindex, "struct_module", mod, crc);
}
__find_symbol找到了struct_module这个符号的crc值，然后调用check_version去校验：

static int check_version(Elf_Shdr *sechdrs, unsigned int versindex, const char *symname, struct module *mod, const unsigned long *crc)
{
    unsigned int i, num_versions;
    struct modversion_info *versions;

    /* Exporting module didn't supply crcs? OK, we're already tainted. */
    if (!crc)
        return 1;

    versions = (void *) sechdrs[versindex].sh_addr;
    num_versions = sechdrs[versindex].sh_size / sizeof(struct modversion_info);

    for (i = 0; i < num_versions; i++) {
        if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
            continue;

        if (versions[i].crc == *crc)
            return 1;

        printk("%s: disagrees about version of symbol %s\n", mod->name, symname);
        DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX\n", *crc, versions[i].crc);
        return 0;
    }

    /* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */

    if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) {
        printk("%s: no version for \"%s\" found: kernel tainted.\n", mod->name, symname);
        add_taint(TAINT_FORCED_MODULE);
    }
    return 1;
}

它搜寻elf的versions小节， 循环遍历数组中的每个符号表，找到struct_module这个符号，然后去比较crc的值。
现在有个疑问， versions小节是怎么链接到模块的elf文件中去的呢?  在看下编译后的生成文件， 有一个list.mod.c

[root@localhost list]# cat list.mod.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/vermagic.h>
#include <linux/compiler.h>

MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);

struct module __this_module
__attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
    .name = KBUILD_MODNAME,
    .init = init_module,
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
    .exit = cleanup_module,
#endif
};

static const struct modversion_info ____versions[]
__attribute_used__
__attribute__((section("__versions"))) = {
    { 0x89e24b9c, "struct_module" },
    { 0x1b7d4074, "printk" },
};

static const char __module_depends[]
__attribute_used__
__attribute__((section(".modinfo"))) =
"depends=";

MODULE_INFO(srcversion, "26DB52D8A56205333D414B9");
这个文件是模块在编译的时候，调用了linux-2.6.18/scripts/modpost这个文件生成的。
里面增加了2个小节.gnu.linkonce.this_module和__versions。 __versions小节的内容就是一些字符串和值组成的数组，
check_version就是解析这个小节去做验证。 这里还有一个MODULE_INFO宏用来生成模块的magic字符串，这个在以后的vermagic中要做验证。

先看下vermagic的格式：
[root@localhost list]# modinfo list.ko
filename: list.ko
license: GPL
srcversion: 26DB52D8A56205333D414B9
depends: 
vermagic: 2.6.18-128.el5 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1复制代码
这里可以看到vermagic跟内核版本，smp，gcc版本，内核堆栈大小都有关。

3、怎样去突破
知道了内核是怎么实现的了， 下面开始想办法绕过这些验证。
3.1 怎么突破crc验证：
在仔细看下代码：
for (i = 0; i < num_versions; i++) {
    if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
        continue;

    if (versions[i].crc == *crc)
        return 1;

    printk("%s: disagrees about version of symbol %s\n", mod->name, symname);
    DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX\n", *crc, versions[i].crc);
    return 0;
}
/* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */
if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) {
    printk("%s: no version for \"%s\" found: kernel tainted.\n",
            mod->name, symname);
    add_taint(TAINT_FORCED_MODULE);
}
return 1;

check_version在循环中只是在寻找struct_module符号， 如果没找到呢？ 它会直接返回1！  没错， 这是一个
逻辑bug，在正常情况下，module必会有一个struct_module的符号， 这是modpost生成的。如果我们修改elf文件，
把struct_module这个符号改名，岂不是就可以绕过crc验证了吗？ 先做个实验看下：
.mod.c是由modpost这个工具生成的， 它在linux-2.6.18/scripts/Makefile.modpost文件中被调用， 去看下：
PHONY += __modpost
    __modpost: $(wildcard vmlinux) $(modules:.ko=.o) FORCE
$(call cmd,modpost)
    @sleep 30           //  add line

我们用一个很土的方法， 就是在编译模块的时候，modpost生成.mod.c文件后， 暂停下编译，sleep 30秒吧，我们用
这个时间去改写下.mod.c， 把struct_module换个名字。

随便将struct_module改个名：

[root@localhost list]# cat list.mod.c
...
static const struct modversion_info ____versions[]
__attribute_used__
__attribute__((section("__versions"))) = {
    { 0x89e24b9c, "stauct_module" },  //modify line
    { 0x1b7d4074, "printk" },
};
...
我们是在AS3下编译的， 然后拷贝到AS3SP1下， 在执行下insmod看下：
[root@localhost ~]# insmod list.ko
[root@localhost ~]# dmesg|tail
ata_piix
libata
sd_mod
scsi_mod
ext3
jbd
ehci_hcd
ohci_hcd
uhci_hcd
成功了！ 这跟我们预期的一样， 我们用这个逻辑bug绕过了模块的crc验证！ 这个bug直到2.6.31版本中才得到修正。 
我们可以用这种方法在Asianux or redhat主机中任意安装模块了。 那么怎样绕过在2.6.31以后的内核呢？
看下它是怎么修补的：

for (i = 0; i < num_versions; i++) {
    if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
        continue;

    if (versions[i].crc == *crc)
        return 1;
    DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX\n", *crc, versions[i].crc);
    goto bad_version;
}

printk(KERN_WARNING "%s: no symbol version for %s\n", mod->name, symname);
return 0;

bad_version:
printk("%s: disagrees about version of symbol %s\n", mod->name, symname);
return 0;

如果没找到struct_module也会返回0， 这样我们就必须将struct_module的值改为正确后， 才能继续安装。
如何找到模块符号的crc值呢? 我们可以去找目标主机中那些已被系统加载的模块的crc值，如ext3文件系统的模块，
或者自己写个程序去解析elf文件， 就可以得到某些符号的crc值了。 
还有没有更简单的方法呢？去/boot目录下看看，symvers-2.6.18-128.7AXS3.gz貌似和crc有关，gunzip解压后看看：
[root@localhost boot]# grep 'struct_module' symvers-2.6.18-128.7AXS3
0x89e24b9c struct_module vmlinux EXPORT_SYMBOL复制代码
原来内核中所有符号的crc值都保存在这个文件中。如何改写struct_module的值呢，可以用上面那个土方法，
或者自己写程序去解析elf文件， 然后改写其值。

3.2 如何突破vermagic验证：
如果我们用list.mod.c中的做法， 用MODULE_INFO宏来生成一个与目标主机相同的vermagic呢？ 答案是
否定的，gcc链接的时候会把modinfo小节链接在最后，加载模块的时候还是会读取第一个.modinfo小节。
我们可以用上面那种很土的方法， 先用modinfo命令得到目标主机中某个模块的信息：
[root@localhost list]# modinfo /lib/modules/2.6.18-128.7AXS3/kernel/fs/ext3/ext3.ko
filename: /lib/modules/2.6.18-128.7AXS3/kernel/fs/ext3/ext3.ko
license: GPL
description: Second Extended Filesystem with journaling extensions
author: Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger, Theodore Ts'o and others
srcversion: B048AC103E5034604A721C5
depends: jbd
vermagic: 2.6.18-128.7AXS3 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1
然后在用那个很土的方面， 将.mod.c中vermagic值进行修改。
...
MODULE_INFO(vermagic, "2.6.18-128.7AXS3 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1");  //modify line
...
4、总结
前面有一点没有提到， 就是某些内核版本的相同接口的函数代码可能已经变化， 这样在使用这项技术的时候， 
最好在同一个大内核版本使用。本人在ubuntu 9.04 上编译然后放入AXS3SP1中#insmod list.ko模块插入没有问题，
但是没有打印出任何信息，这就是kernel版本差别大的结果。