一個整數＋1引發的災難

2020 年 4 月 3 日
筆記

本故事根據Linux內核真實漏洞改編

帝國危機

夜幕降臨，喧囂褪去，繁忙的Linux帝國漸漸平靜了下來，誰也沒有想到，一場改變帝國命運的風暴正在悄然而至......

「咚咚！」，帝國安全部長辦公室的敲門聲，打破了夜晚的寧靜。

「部長，剛剛發現有執行緒在修改passwd文件」，原來是文件系統部門的小黑到訪。

「這有什麼大驚小怪的？只要有root許可權，這是允許的嘛！」，安全部長沒有抬頭，繼續看著每天的系統日誌。

「部長，重點在於這執行緒不是從系統調用進入內核，而是從中斷入口進來的」

安全部長愣了一下，約莫0.2ms之後，放下了手裡的日誌，站了起來。

「你是說，他是通過中斷描述符表（IDT）進來的？」
小黑點了點頭。

「小王，你趕緊跟他們過去IDT看一下，調查清楚速來報我」，部長對著一旁的助理說到。

小王點了點頭，準備出發，剛走到門口，又被部長叫住了。

「等等！此事非同小可，我還是親自去一趟吧」

IDT修改謎案

安全部長隨即出發，來到IDT所在的地方，這裡一切如舊，未見有何異樣。

部長指著這一排門牆問道：「他是從哪道門進來的？」

「4號」，這時，看守IDT大門的白髮老頭聞訊走了過來回答到。

「奇怪了，IDT表中的函數入口，都是帝國安排好了的，講道理沒有哪一個會去修改passwd文件才對」，部長看著這些表項，低頭自語。

「部長，這我得跟您彙報一下，那小子進來之前，把第四項的入口地址高32位改成了0x00000000，進來之後他才給恢復成了0xFFFFFFFF」，老頭說完，拿出了IDT表項的結構圖展了開來：

部長聽完猛的一抬頭，「高32位變成了0x00000000，那整個函數入口地址不就指向了用戶態地址空間了？」

小黑和小王都不敢說話，大家都知道這後果有多嚴重，天知道那傢伙利用內核許可權執行了用戶空間的什麼程式碼。

「不對，在他進來之前，一個用戶空間的執行緒怎麼能改IDT的內容呢？他沒許可權訪問才對，我不信！」

「這個我倒是知道，他改的是時候，我特地留意了一下他的調用堆棧，不是在用戶空間，是從內核空間的函數——perf_swevent_init方向來的」，老頭說到。

整數+1的悲劇

部長二話沒說，又帶著大家直奔perf_swevent_init函數而去。

「老伯，您可還記得具體是哪個位置？」，部長問到。

「就是從那個19行那個static_key_slow_inc函數過來的」

「讓我看一下」，小王擠到前面來，想在部長面前露一手。

「嗯，這個static_key_slow_inc做的事情是把一個整數執行了原子+1操作。不過它操作的是perf_swevent_enabled數組，跟IDT八杆子打不到一塊兒去，怎麼能修改到IDT呢？」，小王摸了摸頭，往後退了兩步，瞧著是沒看出什麼問題。

「不見得！」，部長仍然是緊鎖著眉頭，開口說到，「你們看，它是通過event_id這個數字作為下標來訪問數組元素，要是這個event_id出錯訪問越界，指向IDT，也不是沒有可能啊！」

小王趕緊掃了一眼event_id，隨後便露出了失望的表情，「不會的，第9行有檢查，你看，超過8以後就會通不過檢查」

線索在這裡被切斷了，本來指望在perf_swevent_init這個函數這裡尋找IDT被修改之謎，看來要無功而返了。

不知不覺，時間已經很晚了，部長一行決定先回去，再從長計議。

部長走了幾步，見小王沒有跟上來，便回頭叫了他一聲。

「部長請留步，我好像感覺哪裡不太對勁」，小王此刻也皺起了眉頭。

「你發現了什麼？」，部長和小黑他們又走了回來。

「部長，你看第3行，這個event_id是一個int型的變數，也就是說這是一個有符號數。」，小王說到。

「有符號數怎麼了？」，小黑也忍不住開口問了。

「如果······」

「如果event_id變成了一個負數，它將能越界訪問數組，並且還能通過第9行的大小檢查！」，沒等小王說完，部長道破了玄機！

眾人再一次將目光聚集在了這個event_id上，打算看一下第三行給它賦值的event->attr.config是個什麼來頭。

首先是perf_event中的attr成員變數：

struct perf_event {    // ...    struct perf_event_attr attr;    // ...  };

接著是perf_event_attr中的config成員變數：

struct perf_event_attr {    // ...    __u64 config;    // ...  };

看到最後，部長和小王都倒吸了一口涼氣，這config竟然是個64位無符號整數，把它賦值給一個int型變數不出問題就怪了！

見大家都不說話，小黑撓了撓頭，弱弱的問到：「怎麼了，你們怎麼都不說話，這有什麼問題嗎？」

小王把小黑拉到一邊，「問題大了，你看我要是把一個值為0xFFFFFFFF的config賦值給event_id，event_id會變成什麼？」

「負，負，負1？」

「沒錯，有符號數的最高位是用來標記正負的，如果這個config最高位為1，後面的位經過精心設計，不僅能瞞天過海騙過那裡第9行的驗證，還能將某個位置的數字進行一個原子+1操作。」，小王繼續說道。

「不錯嘛小王，有進步！」，不知何時部長也走了過來，被部長這麼一誇，小王有些不好意思了。

「聽了半天，不就是越界把某個地方的數加了1嘛，有什麼大不了的？」，小黑一臉不屑的樣子。

小王一聽連連搖頭，「你可不要小瞧了這個加1的行為，要是加在某些敏感的地方，那可是要出大事的！「

小黑有些疑惑，「比如說呢？」

「比如記錄中斷和異常的處理函數的IDT，又比如記錄系統調用的sys_call_table，這些表中的函數地址都位於帝中國核空間，要是這個加1，加的不是別人，而是這些表中的函數地址，那可就麻煩了。」，小王繼續說到。

「我聽明白了，可是就算加個1，也應該不是什麼大問題吧？」

小王嘆了口氣，「看來你還是不明白，我以這次被修改的IDT表為例，給大家再看一下表中的表項——中斷描述符的格式」

「IDT中的中斷/異常處理函數的地址不是一個完整的64位，而是拆成了幾部分，其中高32位我給大家紅色標示出來了，在64位Linux帝國，內核空間的地址高32位都是 0xFFFFFFFF，如果······」

「如果利用前面的event_id數組下標越界訪問，把這個地方原子+1，那就變成了0，對不對？」，小黑總算明白了。

真相大白

安全部長為小王的精彩分析鼓起了掌，「不錯不錯，大家都很聰明！事到如今，我們來複盤一下吧！」

第一步：精心設計一個config值，從應用層傳入內核空間的perf_swevent_init函數

第二步：利用帝中國核漏洞，把一個64位無符號數賦值給一個int型變數，導致變數溢出為一個負數。

第三步：利用溢出的event_id越界訪問perf_swevent_enabled，指向IDT的表項，將第四項中斷處理函數的高32位進行原子+1

第四步：修改後的中斷處理函數指向了用戶空間，提前在此安排惡意程式碼

第五步：應用層執行int 4彙編指令，觸發4號中斷，執行緒將進入內核空間，以至高許可權執行提前安排的惡意程式碼。

事情總算是水落石出，安全部長回去之後便上報帝國總部，修復了此漏洞，將event_id的類型從int修正為u64。

即便如此，部長的心情卻並沒有輕鬆多少，未知的敵人已經闖入帝國，它們是誰？做了什麼？現在藏在哪裡？一個又一個的問題還在不斷在腦中閃現······

未完待續······