Linux netfilter OOB root提权漏洞分析

Linux netfilter OOB root提权漏洞分析：著名的ExploitDatabase网站（www.exploit-db.com）最近贴出了一个netfilter模块的提权POC，作者是Vitaly Nikolenko。OOB！Netfilter！顿感好奇，决定分析一下，现将分析过程和成果分享如下。
0×0 依葫芦画瓢提权成功

参照文章的提示，下载Ubuntu16.04并成功安装，uname -a确认版本号为4.4.0-21-generic。

下载POC，编译，按照提示关闭SMEP，加载ip_tables.ko，运行decr，等到出现“Done!Nowrun.pwn”后运行pwn，成功获得root shell。

0×01 漏洞初识

查看pwn.c的代码，可以看出POC采用了常见的通过ptmx提权方法：

猜测decr中修改了ptmx_fops的release指针，并根据代码可推断出修改后该指针的值为0xff814e30b0。然后pwn中调用close(fd)调用ptmx_fops->release函数，从而提权。

事实是否如此呢？

通过cat/proc/kallsyms查看ptmx_fops的地址为0xffffffff821de3e0，则release指针所在地址为0xffffffff821de3e0 + 13*8 = 0xffffffff821de448。

通过kgdb进行调试，查看在decr运行之前，0xffffffff821de448的值0xffffffff814e30b0，如下图所示：

运行decr之后，0xffffffff821de448地址的值，为0x ff814e30b0，如下图所示：

也就是说，decr运行之后，0xffffffff821de448地址的值由0xffffffff814e30b0被修改为0xff814e30b0，而0xff814e30b0地址是应用层地址，是可控的，在pwn代码中向0xff814e30b0地址写入了提权ShellCode。
下面的问题就是decr是如何做到的，内核漏洞在哪？

0×02 定位修改ptmx_fops关键指令

仔细分析decr.c，无非是设置了ipt_replace、ipt_entry等数据结构，然后调用setsockopt函数设置内核，看完之后仍然毫无头绪，还得从内核着手，看看应用层在调用完setsockopt函数之后内核到底做了那些事。

一种思路是重新编译内核，这样可以实现源码级的内核调试，但是重新编译之后一些内核参数（如ptmx_fops）地址发生改变，POC可能会运行失败，这样不利于定位修改ptmx_fops的漏洞代码。

所以还是针对Ubuntu16.04原生的内核进行调试，采用源码分析+动态调试的方法定位修改ptmx_fops的关键指令。本次采用的动态调试方法为vmware双虚拟机kgdb调试方法，具体方法可以通过百度获得，文中不再复述。

查看ip_tables.c源码，首先找到模块初始化函数ip_tables_init：

在ip_tables_init中，调用nf_register_sockopt注册处理函数，注册参数如下所示。

set函数有两个，do_ipt_set_ctl和compat_do_ipt_set_ctl，内核会调用哪一个函数呢？通过kgdb双虚拟机调试，分别设置两个函数为断点，发现当应用层调用setsockopt时，内核调用的是compat_do_ipt_set_ctl，如下图所示。

继续分析，获得如下函数执行路径：

compat_do_ipt_set_ctl–> compat_do_replace –> translate_compat_table –> check_compat_entry_size_and_hooks

POC代码中提示check_compat_entry_size_and_hooks/check_entry有问题，那么重点分析check_compat_entry_size_and_hooks函数，看是在那一步去修改了ptmx_fops，最好的办法是动态调试。

经过痛苦的、纯体力活的kgdb汇编代码调试，最终定位到是在compat_release_entry函数中修改了ptmx_fops，并且修改了两次，进一步跟踪定位到是该函数中的两个module_put函数修改了ptmx_fops。

同时通过打印$rdi（module_put的第一个参数）的值，发现该值为0xffffffff821de10d，如下所示：

而该值正是decr.c中设置的magicnumber，如下图所示：

再看module_put函数：

其中最关键的就是对modue->refcnt减一。

refcnt在structmodule结构中的偏移为0×340，因此&module->refcnt的值为 0xffffffff821de10d + 0×340 = 0xffffffff821de44d， 而ptmx_fops->tty_release的地址为0xffffffff821de448，因此当执行减一操作后，会将0xffffffff821de44d开始的0xff 0xff 0xff逐步减为0，最终ptmx_fops->tty_release的值变为0xff814e30b0。

到此，总算搞明白了，应用层通过构造特殊的ipt_replace、ipt_entry、xt_entry_match、xt_standard_target结构，将一个值为magic number的地址传到内核，并让内核中对该地址的内容执行多次-1操作，从而达到修改ptmx_fops的目的。

0×03 漏洞成因分析

通过上节分析知道，该漏洞可以在内核中修改应用层指定的地址，执行递减1的修改操作。那么内核代码中的漏洞到底在哪呢？

继续分析内核源代码ip_tables.c，既然问题出在ematch->u.kernel.match->me和t->u.kernel.target->me上，那么转到与之相关的代码处，即compat_copy_entry_from_user函数内部的代码，重点分析以下代码：

将xt_ematch_foreach函数展开，如下：

entry->elems指向的是紧跟在ipt_entry后的xt_entry_match（见如下示意图），即entry->elems= entry + sizeof(ipt_entry)，而sizeof(ipt_entry) = 112字节。

由于应用层设置的target_offset为74，导致判断语句

(pos)(char *)(entry) + /

(entry)->target_offset); /

返回的结果为false，因此整个循环一次未能执行，也即compat_find_calc_match函数未能执行，本应在compat_find_calc_match函数中设置ematch->u.kernel.match->me的指令也未能执行。与ematch错误处理情况类似，这段代码中，由于应用层设置的target_offset为74，导致t = compat_ipt_get_target()函数获取的target是错误的，后面尽管通过t->u.kernel.target= target;设置了target，但设置到了错误的地址，未改变真正的t->u.kernel.target值。

0×4漏洞总结

综上所属，该漏洞是内核netfilter处理setsockopt相关代码（check_compat_entry_size_and_hooks和check_entry函数）在处理应用层传下来的数据时审查不严格，处理逻辑也存在缺陷，使内核在调用module_put函数时操作了应用层传下来的地址，导致内核直接对应用层输入的地址执行减一操作，相当于是内核任意地址写漏洞。
该漏洞要利用内核模块的module_put函数，而Android系统一般不打开内核模块动态加载功能，因此本文介绍的漏洞利用方法无法在Android系统上成功执行。

最近爆出和netfilters/getsockopt相关的漏洞不少，如CVE-2016-3134，后期将继续分析其他漏洞。