这是一道关于 SYSRET 漏洞利用的一道题目，感觉非常有意思，在此仅做记录。

参考：

zolutal: corCTF 2023: sysruption writeup

Will's Root: corCTF 2023 sysruption - Exploiting Sysret on Linux in 2023

SYSRET — Return From Fast System Call

Vitaly Nikolenko: CVE-2014-4699: Linux Kernel ptrace/sysret vulnerability analysis

entry_SYSCALL_64 source code

THE INTEL SYSRET PRIVILEGE ESCALATION

这里默认读者对系统调用、中断异常故障有基本的了解，知道段选择子是什么、其特权级代表什么含义。如果不是很了解的话建议做一做 hxp CTF 2022: one_byte 这道题目，可以帮助你快速了解。但还是建议看下保护模式相关的书籍，其介绍的更加详细。

启动脚本如下：

看到 -cpu host 就想到 EntryBleed，这个漏洞我记得在之前的 SCTF 似乎考过。所以这里的 kaslr 可以很简单地利用侧信道绕过。

FizzBuzz101 大师在题目中重新引入了 sysret 漏洞，其 patch 如下：

可以看到，这里删除了 sysret 执行前对返回地址 %rcx 的 canonical 检查。原来的意思是如果 %rcx 是一个 non canonical 地址，则跳转的 slow exit path [swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode]，否则执行 fast exit path [sysret] 。

那么什么叫做 canonical 地址呢？我们知道在 64-bit 时代，虚拟地址空间寻址只用了 48 bit，因为 48 bit 的地址空间是足够的，并且对于 48 bit 的虚拟地址空间，只需要 4 级页表即可；而对于 64 bit 的虚拟地址空间，则需要 6 级页表，而页表查询是需要时间的。所以综合考虑，最终只使用了 48 bit 来寻址。那么这里就有 16 bit 没有被使用，而为了便于后续扩展，这里采用的方式是：

高 16 bit [48 - 63 bit] 必须和第 17 bit 相同，也就是说高 17 bit 必须相同，那么这些地址就叫做 canonical address（其实就是有效地址）

所以最后的虚拟地址空间为：0~0x7fffffffffff 和 0xffff800000000000~0xffffffffffffffff

而一般而言：0~0x7fffffffffff 为用户态虚拟地址空间；0xffff800000000000~0xffffffffffffffff 为内核态虚拟地址空间

而可以看到 entry_SYSCALL_64 源码中对上述 canonical address check 的描述：

可以知道，当 SYSRET 返回到一个 non canonical 地址时，会在内核态触发 #GP，而这本质上就是让用户接管内核，因为用户可以在用户空间控制 RSP。当然这里不理解没关系，继续往下看就 ok 啦。

这里还是先把 entry_SYSCALL_64 函数过一遍，当然这个函数比较简单，并且注释很清楚，所以只会翻译重点注释：

sysret 指令的作用总的来说就是：

加载 rcx 到 rip 中

切换代码段选择子

来看下 Intel 和 AMD 手册对 sysret 的伪代码规范性描述：

可以看到在 Intel 规范中，如果 RCX 即返回地址不是一个 canonical address 的话，就会触发 #GP，然而可以看到其 CS 选择子的设置却在 #GP 后面，也就是说在 #GP 抛出时 CS 特权级为 0， 即 #GP 是在内核态抛出的。

但是在 AMD 规范中，其是先设置了 CS 的选择子，所以其并没有对地址进行显式的 canonical 检查，因为就算后面进行指令预取时发现其为 non canonical address 也没有关系，因为此时的 CS 选择子的特权级为 3，最后 #GP 是在用户态抛出的。

这会造成什么后果呢？在上面 entry_SYSCALL_64 函数的分析中，我们说了在 sysret 执行前恢复了 rsp 并且没有对 rsp 的检查。而我们知道当特权级从低往高转移时，会利用 tss 中的相关 ss/rsp 进行堆栈的切换（当然具体实现时，似乎都没有使用 tss，据说是因为其效率太低了），而由于 #GP 是在特权级为 0 抛出的，所以这里没有发生特权级的低到高切换，所以堆栈不会发生变化，即使用的还是之前的 rsp。哪问题不就来了吗？之前的 rsp 是用户态可控的啊，所以最好的效果如下：

#GP 在 0 特权级执行

#GP 使用用户空间提供的堆栈指针

由于水平有限，最后漏洞利用完全参考 corCTF 2023: sysruption writeup 和 Vitaly Nikolenko: CVE-2014-4699: Linux Kernel ptrace/sysret vulnerability analysis，而第一篇文章也是参考的第二篇文章，所以读者可以选择细读一下第二篇文章。

在文章中，其提到的用 ptrace 去触发漏洞，但是这里存在一定的限制，但其给出了解决方案，即：

这里给出文章中的 poc：

这里可以简单测试一下：

结果如下：

可以看到这里的 RIP = entry_SYSRETQ_unsafe_stack+0x3/0x6，说明确实是在 sysret 中触发的，并且这里的 RSP = 0xdeadbeef，并且 CPU 特权级为 0，这些都是符合预期的。但是这里却发生了 double fault，这是致命的。

难道是 0xdeadbeef 不是一个合法的地址，于是进行如下测试：

还是 double fault：

所以这里似乎跟 rsp 的值没啥关系。

这里产生 double fault 的原因是 GP handler 非预期的使用了用户空间的 gsbase，gsbase 寄存器是用来访问 percpu 变量的，比如在系统调用时，entry_SYSCALL_64 的第一条指令就是 swapgs 即切换到内核 gsbase，然后返回时又调用 swapgs 切换到用户 gsbase。

接下来看下 GP handler - asm_exc_general_protection：

可以看到这里首先会调用 error_entry：

如果你做了 one_byte 这题，这里的 calc 应该比较熟悉

首先可以看到这里会先 push regs 到栈中，寄存器的值是可控的，rsp 可控的，所以这里相当于任意内核地址写了（只是相当于）。

然后可以看到如果这里的 cs.cpl 是 3 特权级的话，就会执行一次 swapgs，而我们知道漏洞触发后这里的 cs.cpl = 0，所以这里就不会执行 swapgs。而在之前的 entry_SYSCALL_64 分析中，我们知道在执行 sysret 之前已经执行过了一次 swapgs：

所以这里 GP handler 使用的是用户态的 gs[gsbase]，而 asm_exc_general_protection 后面会调用 exc_general_protection：

而在 exc_general_protection 中用户态 gs 被首次使用从而导致 double fault

在 Vitaly Nikolenko 的文章中，其是通过覆写 IDT 表从而劫持 PF handler 到用户态代码，其文章是 14 年的，内核版本为 3.x，但现在都 2024 年了，IDT 早已不可写了，而且 SMEP 也将直接限制内核直接执行用户态代码。

在 zolutal 的文章中，其提到既然是由用户态 gsbase 导致的 PF，那么我们是否可以直接控制用户态的 gsbase，让其指向一个内核地址从而防止 PF。

而作者发现在 x86 中存在一个 fsgsbase 扩展通常是开启的【参考 intel 官方文档】，其可以让我们在用户态通过 wrgsbase 汇编指令去设置 gsbase。

这里最稳定的做法就是将 user gsbase 设置为 kernel gsbase，所以这里的泄漏 kernel gsbase。而 kernel gsbase 在 physmap 中，所以这里也是利用侧信道泄漏，这里还是见 EntryBleed，但是其似乎不是很稳定，所以 FizzBuzz101 调整了一下使其更加稳定了，主要就是调整了一下步距，具体见其文章。

测试可以发现，这里的 rsp 不能为用户态地址（好像说 pti 有 SMAP 的作用，所以这里会出现一些问题），然后简单设置 rsp 为内核可读写地址（其实就是需要栈的属性），然后发现并没有产生 double fault：

当然这里产生的 #PF 可以暂时不管，这是由于 poc 中的一些参数没有设置好，这节的重点在于解决 double fault 问题。

在上述的分析中，我们得到了一个内核地址写原语。这里题目给了 kconfig，查看可以知道其没有开启 CONFIG_STATIC_USERMODEHELPER，所以这里可以尝试写 modprobe_path 提权或者拿 flag。

第一版 exp ：

写 modprobe_path 前：

写 modprobe_path 后：

get_flag：

可以看到最后在 get_flag  时，在 inc_rlimit_ucounts 中发生了 #PF，既然是缺页故障，拿必然就是某个读取值存在问题了。

哪这里多半就是 rax 的值存在问题了，调试跟踪：

[招生]科锐逆向工程师培训(2024年11月15日实地，远程教学同时开班, 第51期)