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本篇內容介紹了“Pwn In Kernel基礎知識有哪些”的有關知識,在實際案例的操作過程中,不少人都會遇到這樣的困境,接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧!希望大家仔細閱讀,能夠學有所成!
簡單分析一下 CTF Kernel Pwn 題目的形式,以 2017 CISCN babydrive 為例。
先對文件包解壓
? example ls babydriver.tar ? example file babydriver.tar babydriver.tar: POSIX tar archive ? example tar -xvf babydriver.tar boot.sh bzImage rootfs.cpio ? example ls babydriver.tar boot.sh bzImage rootfs.cpio
得到 boot.sh,bzImage,rootfs.cpio 三個文件
? example cat -n boot.sh 1 #!/bin/bash 2 qemu-system-x86_64 \ 3 -initrd rootfs.cpio \ 4 -kernel bzImage \ 5 -append 'console=ttyS0 root=/dev/ram oops=panic panic=1' \ 6 -enable-kvm \ 7 -monitor /dev/null \ 8 -m 64M \ 9 --nographic \ 10 -smp cores=1,threads=1 \ 11 -cpu kvm64,+smep
boot.sh 文件是用來啟動這個程序的,調用 qemu 來加載 rootfs.cpio 與 bzImage 運行起來
上面的參數都是 qemu 的參數
-initrd rootfs.cpio,使用 rootfs.cpio 作為內核啟動的文件系統 -kernel bzImage,使用 bzImage 作為 kernel 映像 -cpu kvm64,+smep,設置 CPU 的安全選項,這里開啟了 smep -m 64M,設置虛擬 RAM 為 64M,默認為 128M
? example file bzImage bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 4.4.72 (atum@ubuntu) #1 SMP Thu Jun 15 19:52:50 PDT 2017, RO-rootFS, swap_dev 0x6, Normal VGA
bzImage 是經壓縮過的 linux 內核文件
? example file rootfs.cpio rootfs.cpio: gzip compressed data, last modified: Tue Jul 4 08:39:15 2017, max compression, from Unix
這是一個 linux 內核文件系統壓縮包,我們可以對其解壓并重新壓縮,從而修改這個系統的文件
新建一個文件夾來解壓
? example mkdir fs && cd fs ? fs cp ../rootfs.cpio ./rootfs.cpio.gz ? fs gunzip ./rootfs.cpio.gz ? fs cpio -idmv < rootfs.cpio . etc etc/init.d etc/passwd etc/group bin ...... linuxrc home home/ctf 5556 blocks ? fs ll total 2.8M drwxrwxr-x 2 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 bin drwxrwxr-x 3 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 etc drwxrwxr-x 3 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 home -rwxrwxr-x 1 mask mask 396 6 月 16 2017 init drwxr-xr-x 3 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 lib lrwxrwxrwx 1 mask mask 11 1 月 20 12:16 linuxrc -> bin/busybox drwxrwxr-x 2 mask mask 4.0K 6 月 15 2017 proc -rwxrwxr-x 1 mask mask 2.8M 1 月 20 12:15 rootfs.cpio drwxrwxr-x 2 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 sbin drwxrwxr-x 2 mask mask 4.0K 6 月 15 2017 sys drwxrwxr-x 2 mask mask 4.0K 6 月 15 2017 tmp drwxrwxr-x 4 mask mask 4.0K 1 月 20 12:16 usr
這些就是運行起來后這個系統擁有的文件,查看這個 init 文件
? fs cat -n ./init 1 #!/bin/sh 2 3 mount -t proc none /proc 4 mount -t sysfs none /sys 5 mount -t devtmpfs devtmpfs /dev 6 chown root:root flag 7 chmod 400 flag 8 exec 0</dev/console 9 exec 1>/dev/console 10 exec 2>/dev/console 11 12 insmod /lib/modules/4.4.72/babydriver.ko 13 chmod 777 /dev/babydev 14 echo -e "\nBoot took $(cut -d' ' -f1 /proc/uptime) seconds\n" 15 setsid cttyhack setuidgid 1000 sh 16 17 umount /proc 18 umount /sys 19 poweroff -d 0 -f
看到第 12 行的 insmod /lib/modules/4.4.72/babydriver.ko,意味著要調試這個 ko 文件,使用 IDA 對其進行分析,利用漏洞
對此文件系統進行打包也是要在這個目錄下進行
? fs find . | cpio -o --format=newc > rootfs.cpio cpio: File ./rootfs.cpio grew, 43008 new bytes not copied 5640 blocks
有些題目會給 vmlinux 這個文件,這是編譯出來的最原始的內核文件,未壓縮的,是個 ELF 形式,方便找 gadget
可以使用一個工具來從 bzImage 中導出 vmlinux,extract-vmlinux
? example ./extarct-vmlinux ./bzImage > vmlinux ? example file bzImage bzImage: Linux kernel x86 boot executable bzImage, version 4.4.72 (atum@ubuntu) #1 SMP Thu Jun 15 19:52:50 PDT 2017, RO-rootFS, swap_dev 0x6, Normal VGA ? example file vmlinux vmlinux: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), statically linked, BuildID[sha1]=e993ea9809ee28d059537a0d5e866794f27e33b4, stripped
Kernel Pwn 就是找出內核模塊中的漏洞,然后寫一個 C 語言程序,放入文件系統中打包,重新運行取來,此時用戶一般都是普通用戶,運行程序調用此模塊的功能利用漏洞,從而提升權限到 root 用戶,讀取 flag
/ $ ls bin exp lib root sys dev home linuxrc rootfs.cpio tmp etc init proc sbin usr / $ whoami ctf / $ ./exp [ 18.277799] device open [ 18.278768] device open [ 18.279760] alloc done [ 18.280706] device release / # whoami root
比賽時一般是上傳 C 語言程序的 base64 編碼到服務器,然后運行
要對內核模塊進行調試,在啟動腳本中加入
-gdb tcp::1234
然后使用 gdb 連接
gdb -q -ex "target remote localhost:1234"
如果顯示 Remote 'g' packet reply is too long 一長串數字,要設置一下架構
gdb -q -ex "set architecture i386:x86-64:intel" -ex "target remote localhost:1234"
要調試內核模塊,可以先查看內核加載地址,在/sys/module/中是加載的各個模塊的信息
/ $ cd sys/module/ /sys/module $ ls 8250 ipv6 scsi_mod acpi kdb sg acpi_cpufreq kernel spurious acpiphp keyboard sr_mod apparmor kgdb_nmi suspend ata_generic kgdboc sysrq ata_piix libata tcp_cubic babydriver loop thermal battery md_mod tpm block module tpm_tis core mousedev uhci_hcd cpuidle netpoll uinput debug_core pata_sis usbcore dm_mod pcc_cpufreq virtio_balloon dns_resolver pci_hotplug virtio_blk dynamic_debug pci_slot virtio_mmio edd pcie_aspm virtio_net efivars pciehp virtio_pci ehci_hcd ppp_generic vt elants_i2c printk workqueue ext4 processor xen_acpi_processor firmware_class pstore xen_blkfront fuse rcupdate xen_netfront i8042 rcutree xhci_hcd ima rfkill xz_dec intel_idle rng_core zswap
獲取 babydrive 模塊的加載地址
/sys/module $ cd babydriver/ /sys/module/babydriver $ ls coresize initsize notes sections taint holders initstate refcnt srcversion uevent /sys/module/babydriver $ cd sections/ /sys/module/babydriver/sections $ grep 0 .text 0xffffffffc0000000
在 gdb 中載入符號信息,就可以對內核模塊進行下斷調試
pwndbg> add-symbol-file ./fs/lib/modules/4.4.72/babydriver.ko 0xffffffffc00000 00 add symbol table from file "./fs/lib/modules/4.4.72/babydriver.ko" at .text_addr = 0xffffffffc0000000 Reading symbols from ./fs/lib/modules/4.4.72/babydriver.ko...done. pwndbg> b*babyopen Breakpoint 1 at 0xffffffffc0000030: file /home/atum/PWN/my/babydriver/kernelmo dule/babydriver.c, line 28.
Kernel 是一個程序,是操作系統底層用來管理上層軟件發出的各種請求的程序,Kernel 將各種請求轉換為指令,交給硬件去處理,簡而言之,Kernel 是連接軟件與硬件的中間層
Kernel 主要提供兩個功能,與硬件交互,提供應用運行環境
在 intel 的 CPU 中,會將 CPU 的權限分為 Ring 0,Ring 1,Ring 2,Ring 3,四個等級,權限依次遞減,高權限等級可以調用低權限等級的資源
在常見的系統(Windows,Linux,MacOS)中,內核處于 Ring 0 級別,應用程序處于 Ring 3 級別
內核模塊是 Linux Kernel 向外部提供的一個插口,叫做動態可加載內核模塊(Loadable Kernel Module,LKM),LKM 彌補了 Linux Kernel 的可拓展性與可維護性,類似搭積木一樣,可以往 Kernel 中接入各種 LKM,也可以卸載,常見的外設驅動就是一個 LKM
LKM 文件與用戶態的可執行文件一樣,在 Linux 中就是 ELF 文件,可以利用 IDA 進行分析
LKM 是單獨編譯的,但是不能單獨運行,他只能作為 OS Kernel 的一部分
與 LKM 相關的指令有如下幾個
insmod:接入指定模塊
rmmod:移除指定模塊
lsmod:列出已加載模塊
這些都是 shell 指令,可以在 shell 中運行查看
? ~ lsmod Module Size Used by rfcomm 77824 2 vmw_vsock_vmci_transport 32768 2 vsock 36864 3 vmw_vsock_vmci_transport ......
ioctl 是設備驅動程序中對設備的 I/O 通道進行管理的函數
所謂對 I/O 通道進行管理,就是對設備的一些特性進行控制,例如串口的傳輸波特率、馬達的轉速等等。它的調用個數如下: int ioctl(int fd, ind cmd, …);
其中 fd 是用戶程序打開設備時使用 open 函數返回的文件標示符,cmd 是用戶程序對設備的控制命令,至于后面的省略號,那是一些補充參數,一般最多一個,這個參數的有無和 cmd 的意義相關
ioctl 函數是文件結構中的一個屬性分量,就是說如果你的驅動程序提供了對 ioctl 的支持,用戶就可以在用戶程序中使用 ioctl 函數來控制設備的 I/O 通道。
意思就是說如果一個 LKM 中提供了 iotcl 功能,并且實現了對應指令的操作,那么在用戶態中,通過這個驅動程序,我們可以調用 ioctl 來直接調用模塊中的操作
在程序運行時,總是會經歷 user space 與 kernel space 之前的切換,因為用戶態應用程序在執行某些功能時,是由 Kernel 來執行的,這就涉及到兩個 space 之前的切換
user land -> kernel land
當用戶態程序執行系統調用,異常處理,外設終端時,會從用戶態切換到內核態,切換過程如下:
1.swapgs 指令修改 GS 寄存器切換到內核態
2.將當前棧頂(sp)記錄在 CPU 獨占變量區域,然后將此區域里的內核棧頂賦給 sp
3.push 各寄存器的值
4.通過匯編指令判斷是否為 32 位
5.通過系統調用號,利用函數表 sys_call_table 執行響應操作
ENTRY(entry_SYSCALL_64) /* SWAPGS_UNSAFE_STACK 是一個宏,x86 直接定義為 swapgs 指令 */ SWAPGS_UNSAFE_STACK /* 保存棧值,并設置內核棧 */ movq %rsp, PER_CPU_VAR(rsp_scratch) movq PER_CPU_VAR(cpu_current_top_of_stack), %rsp /* 通過 push 保存寄存器值,形成一個 pt_regs 結構 */ /* Construct struct pt_regs on stack */ pushq $__USER_DS /* pt_regs->ss */ pushq PER_CPU_VAR(rsp_scratch) /* pt_regs->sp */ pushq %r11 /* pt_regs->flags */ pushq $__USER_CS /* pt_regs->cs */ pushq %rcx /* pt_regs->ip */ pushq %rax /* pt_regs->orig_ax */ pushq %rdi /* pt_regs->di */ pushq %rsi /* pt_regs->si */ pushq %rdx /* pt_regs->dx */ pushq %rcx tuichu /* pt_regs->cx */ pushq $-ENOSYS /* pt_regs->ax */ pushq %r8 /* pt_regs->r8 */ pushq %r9 /* pt_regs->r9 */ pushq %r10 /* pt_regs->r10 */ pushq %r11 /* pt_regs->r11 */ sub $(6*8), %rsp /* pt_regs->bp, bx, r12-15 not saved */
kernel land -> user land
內核態返回用戶態流程:
1.swapgs 指令恢復用戶態 GS 寄存器
2.sysretq 或者 iretq 恢復到用戶空間
內核態與用戶態的函數有一些區別
printk:類似與 printf,但是內容不一定會在終端顯示起來,但是會在內核緩沖區里,可以用 dmsg 命令查看
copy_from_user:實現了將用戶空間的數據傳送到內核空間
copy_to_user:實現了將內核空間的數據傳送到用戶空間
kmalloc:內核態內存分配函數
kfree:內核態內存釋放函數
用來改變權限的函數:
int commit_creds(struct cred *new)
struct cred prepare_kernel_cred(struct task_struct daemon)
執行 commit_creds(prepare_kernel_cred(0)) 即可獲得 root 權限
內核態與用戶態的保護方式有所區別
相同的保護措施:DEP,Canary,ASLR,PIE,RELRO
不同的保護措施:MMAP_MIN_ADDR,KALLSYMS,RANDSTACK,STACKLEAK,SMEP,SMAP
MMAP_MIN_ADDR
MMAP_MIN_ADDR 保護機制不允許程序分配低內存地址,可以用來防御 null pointer dereferences
如果沒有這個保護,可以進行如下的攻擊行為:
1.函數指針指針為 0,程序可以分配內存到 0x000000 處。
2.程序在內存 0x000000 寫入惡意代碼。
3.程序觸發 kernel BUG()。這里說的 BUG() 其實是 linux kernel 中用于攔截內核程序超出預期的行為,屬于軟件主動匯報異常的一種機制。
4.內核執行惡意代碼。
KALLSYMS
/proc/kallsyms 給出內核中所有 symbol 的地址,通過 grep /proc/kallsyms 就可以得到對應函數的地址,我們需要這個信息來寫可靠的 exploit,否則需要自己去泄露這個信息。在低版本的內核中所有用戶都可讀取其中的內容,高版本的內核中缺少權限的用戶讀取時會返回 0。
SMEP
管理模式執行保護,保護內核是其不允許執行用戶空間代碼。在 SMEP 保護關閉的情況下,若存在 kernel stack overfolw,可以將內核棧的返回地址覆蓋為用戶空間的代碼片段執行。在開啟了 SMEP 保護下,當前 cpu 處于 ring 0 模式,當返回到用戶態執行時會觸發頁錯誤。
操作系統是通過 CR4 寄存器的第 20 位的值來判斷 SMEP 是否開啟,1 開啟,0 關閉,檢查 SMEP 是否開啟
cat /proc/cpuinfo | grep smep
可通過 mov 指令給 CR4 寄存器賦值從而達到關閉 SMEP 的目的,相關的 mov 指令可以通過 ropper,ROPgadget 等工具查找
SMAP
管理模式訪問保護,禁止內核訪問用戶空間的數據
KASLR
內核地址空間布局隨機化,并不默認開啟,需要在內核命令行中添加指定指令。
qemu 增加啟動參數 -append "kaslr" 即可開啟
提取,越獄,就是要以 root 用戶拿到 shell,獲取 root 的方式有幾種
在內核態調用 commit_creds(prepare_kernel_cred(0)),返回用戶態執行起 shell
void get_r00t() { commit_creds(prepare_kernel_cred(0)); } int main(int argc, char *argv) { ... trigger_fp_overwrite(&get_r00t); ... // trigger fp use trigger_vuln_fp(); // Kernel Executes get_r00t() ... // Now we have root system("/bin/sh"); }
SMEP 防預這種類型的攻擊的方法是:如果處理器處于 ring0 模式,并試圖執行有 user 數據的內存時,就會觸發一個頁錯誤。
也可以修改 cred 結構體,cred 結構體記錄了進程的權限,每個進程都有一個 cred 結構體,保存了進程的權限等信息(uid,gid),如果修改某個進程的 cred 結構體(uid = gid = 0),就得到了 root 權限
struct cred { atomic_t usage; #ifdef CONFIG_DEBUG_CREDENTIALS atomic_t subscribers; /* number of processes subscribed */ void *put_addr; unsigned magic; #define CRED_MAGIC 0x43736564 #define CRED_MAGIC_DEAD 0x44656144 #endif kuid_t uid; /* real UID of the task */ kgid_t gid; /* real GID of the task */ kuid_t suid; /* saved UID of the task */ kgid_t sgid; /* saved GID of the task */ kuid_t euid; /* effective UID of the task */ kgid_t egid; /* effective GID of the task */ kuid_t fsuid; /* UID for VFS ops */ kgid_t fsgid; /* GID for VFS ops */ unsigned securebits; /* SUID-less security management */ kernel_cap_t cap_inheritable; /* caps our children can inherit */ kernel_cap_t cap_permitted; /* caps we're permitted */ kernel_cap_t cap_effective; /* caps we can actually use */ kernel_cap_t cap_bset; /* capability bounding set */ kernel_cap_t cap_ambient; /* Ambient capability set */ #ifdef CONFIG_KEYS unsigned char jit_keyring; /* default keyring to attach requested * keys to */ struct key __rcu *session_keyring; /* keyring inherited over fork */ struct key *process_keyring; /* keyring private to this process */ struct key *thread_keyring; /* keyring private to this thread */ struct key *request_key_auth; /* assumed request_key authority */ #endif #ifdef CONFIG_SECURITY void *security; /* subjective LSM security */ #endif struct user_struct *user; /* real user ID subscription */ struct user_namespace *user_ns; /* user_ns the caps and keyrings are relative to. */ struct group_info *group_info; /* supplementary groups for euid/fsgid */ struct rcu_head rcu; /* RCU deletion hook */ } __randomize_layout;
先下載一份 Kernel 源碼,我用的是 2.6.32,由于我的機子是 ubuntu 16.04,預裝的 make 與 gcc 版本過高,編譯 2.6 的 kernel 會失敗,所以需要降級
# 4.7 gcc sudo apt install gcc-4.7 g++-4.7 sudo rm /usr/bin/gcc /usr/bin/g++ sudo ln -s /usr/bin/gcc-4.7 /usr/bin/gcc sudo ln -s /usr/bin/g++-4.7 /usr/bin/g++ # 3.80 make wget https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/gnu/make/make-3.80.tar.gz tar -xvf make-3.80.tar.gz cd make-3.80/ ./configure make sudo make install
3.80 的 make 生成在源碼目錄里,稍后需要用這個 make 文件
修改三處 2.6 源碼文件
1.arch/x86/vdso/Makefile 中第 28 行的 -m elf_x86_64 改成 -m64,第 72 行的-m elf_i386 改成-m32
2.drivers/net/igbvf/igbvf.h 中注釋第 128 行
3.kernel/timeconst.pl 中第 373 行 defined(@val) 改成 @val
4.(可選)關閉 canary 保護需要編輯源碼中的.config 文件 349 行,注釋掉 CONFIG_CC_STACKPROTECTOR=y 這一項
安裝必備依賴
sudo apt-get install build-essential libncurses5-dev
解壓后進入源碼目錄,使用剛安裝的 make
~/MAKE/make-3.80/make menuconfig
進入 kernel hacking,勾選 Kernel debugging,Compile-time checks and compiler options-->Compile the kernel with debug info,Compile the kernel with frame pointers 和 KGDB,然后開始編譯
~/MAKE/make-3.80/make bzImage
大概 10 分鐘的樣子,出現這個信息就說明編譯成功了
Setup is 15036 bytes (padded to 15360 bytes). System is 3754 kB CRC 4505d1c3 Kernel: arch/x86/boot/bzImage is ready (#1)
vmlinux 在源碼根目錄下,bzImage 在/arch/x86/boot/里
編譯 busybox
wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.27.2.tar.bz2 tar -jxvf busybox-1.27.2.tar.bz2 cd busybox-1.27.2 make menuconfig
勾選 Busybox Settings -> Build Options -> Build Busybox as a static binary
make install
編譯完成后源碼目錄下會有一個_install 文件夾,進入
mkdir -pv {bin,sbin,etc,proc,sys,usr/{bin,sbin}} mkdir etc/init.d touch etc/init.d/init
編輯 etc/inittab 文件,加入以下內容(貌似這一步可以省略)
::sysinit:/etc/init.d/rcS ::askfirst:/bin/ash ::ctrlaltdel:/sbin/reboot ::shutdown:/sbin/swapoff -a ::shutdown:/bin/umount -a -r ::restart:/sbin/init
編輯 etc/init.d/init 文件,加入以下內容
#!/bin/sh mount -t proc none /proc mount -t sys none /sys /bin/mount -n -t sysfs none /sys /bin/mount -t ramfs none /dev /sbin/mdev -s
接著就可以打包成 rootfs.cpio
chmod +x ./etc/init.d/rcS find . | cpio -o --format=newc > ../rootfs.cpio
得到三個文件后,可以利用 qemu 運行起來,啟動腳本 boot.sh
#!/bin/sh qemu-system-x86_64 \ -initrd rootfs.cpio \ -kernel bzImage \ -nographic \ -append "console=ttyS0 root=/dev/ram rdinit=/sbin/init" \ -m 64M \ -monitor /dev/null \
/ # uname -a Linux (none) 2.6.32 #1 SMP Sun Jan 26 21:51:02 CST 2020 x86_64 GNU/Linux
簡單寫一個 hello 的程序,hello.c 內容如下
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/proc_fs.h> int hello_write(struct file *file, const char *buf, unsigned long len) { printk("You write something."); return len; } static int __init hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "hello driver init!\n"); create_proc_entry("hello", 0666, 0)->write_proc = hello_write; return 0; } static void __exit hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "hello driver exit\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit);
Makefile 內容如下,注意 xxx.c 與 xxx.o 文件名一致,KERNELDR 目錄是內核源代碼
obj-m := hello.o KERNELDR := /home/mask/kernel/linux-2.6.32 PWD := $(shell pwd) modules: $(MAKE) -C $(KERNELDR) M=$(PWD) modules modules_install: $(MAKE) -C $(KERNELDR) M=$(PWD) modules_install clean: $(MAKE) -C $(KERNELDR) M=$(PWD) clean
make 出來后得到.ko 文件
? helloworld ls helloc.c helloc.mod.c helloc.o modules.order helloc.ko helloc.mod.o Makefile Module.symvers ? helloworld file helloc.ko helloc.ko: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), BuildID[sha1]=08aaa94df43f8333c14 9073cddf3043e52b28107, not stripped ? helloworld checksec helloc.ko [*] '/home/mask/kernel/test/linux4.4/module/helloworld/helloc.ko' Arch: amd64-64-little RELRO: No RELRO Stack: No canary found NX: NX enabled PIE: No PIE (0x0)
再寫一個調用程序 call.c
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/mman.h> int main() { int fd = open("/proc/hello", O_WRONLY); write(fd, "Mask", 4); return 0; }
將 helloc.ko 文件與 call 文件復制.
進文件系統,也就是 busybox 目錄里的_install 文件夾,重新打包 rootfs.cpio,運行起來即可看見模塊
/ # insmod hello.ko [ 11.743066] hello driver init! / # ./call [ 25.860294] You write something.
“Pwn In Kernel基礎知識有哪些”的內容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站,小編將為大家輸出更多高質量的實用文章!
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