Linux内核AF_PACKET原生套接字缝隙（CVE-2020-14386）分析

颁布功夫 2020-09-22

缝隙布景


近日，，Openwall社区上公开了一个Linux内核AF_PACKET原生套接字内存粉碎缝隙。。凭据细节描述，，该缝隙呈此刻net/packet/af_packet.c中，，由整数溢出导致越界写，，能够通过它进行权限提升。。该缝隙�：：ζ兰段�，，编号为CVE-2020-14386。。


受影响产品缓和解措施


1、受影响产品


该缝隙影响Linux刊行版高于4.6的内核版本，，蕴含：：

  • Ubuntu Bionic (18.04) and newer

  • Debian 9

  • Debian 10

  • CentOS 8/RHEL 8

2、缓解措施


（1）修补系统

上游内核补丁如下：：

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=acf69c946233259ab4d64f8869d4037a198c7f06


（2）关闭CAP_NET_RAW职能

针对RHEL8，，具体关闭步骤如下：：

# echo"user.max_user_namespaces=0" > /etc/sysctl.d/userns.conf

# sysctl -p/etc/sysctl.d/userns.conf


（3）针对一些受影响的容器产品，，同样采取关闭CAP_NET_RAW职能进行缓解

Kubernetes Pod安全战术：：配置Pod安全战术以删除运行容器中的CAP_NET_RAW职能，，参考链接：：https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/security-bulletins。。


有关概念


1、AF_PACKET套接字


网络和谈栈中，，原始套接字是一个特殊的套接字类型，，从实现上能够分为两类，，一类为链路层原始套接字；；；另一类为网络层原始套接字。。链路层原始套接字可直接用于接管和发送链路层的MAC帧，，在发送时必要挪用者自行机关和封装MAC首部。。链路层原始套接字挪用socket()函数创建。。第一个参数指定地址簇类型为AF_PACKET，，第二个参数套接字类型为SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，，当类型指定为SOCK_RAW时，，套接字接管和发送的数据都是从MAC首部起头的。。在发送时必要由挪用者从MAC首部起头机关和封装报文数据。。


2、PACKET_MMAP


仅依附AF_PACKET过滤数据包是极度低效的，，内核又提供了PACKET_MMAP支持。。PACKET_MMAP在内核空间中分配一块环形内核缓冲区，，用户空间通过mmap将该内核缓冲区映射出来。。收到的数据包拷贝到环形内核缓冲区中，，用户层能够直接操作数据，，通过内核空间和用户空间共享的缓冲区起到削减数据拷贝的作用，，提高处置效能。。


PACKET_MMAP实现过程


通过setsockopt()函数设置环形缓冲区，，option参数设置为PACKET_RX_RING或PACKET_TX_RING。。为了方便内核与用户层治理和交互环形缓冲区中的数据帧，，内核界说了TPACKET_HEADER结构体，，该结构体存储着一些元信息如套接字地址信息、功夫戳以及环形缓冲区治理信息等。。若是通过setsockopt()函数设置了PACKET_VNET_HDR选项，，还需增长一个virtio_net_hdr结构体。。一个数据帧蕴含两个部门，，第一部门为TPACKET_HEADER，，第二部门为Data，，并且要保障页面对齐，，如下图所示：：

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目前TPACKET_HEADER存在三个版本，，每个版本长度略有分歧。。对于v1和v2，，收发环形缓冲区用tpacket_req结构体治理，，该结构体蕴含四个数据域：：别离为内存块的巨细和数量、每个数据帧的巨细和数据帧总数。。如下图所示：：


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捕获的frame被划分为多个block，，每个block是一块物理上陆续的内存区域，，有tp_block_size/tp_frame_size个frame，，block的总数是tp_block_nr。。例如，，tp_block_size = 4096，，tp_frame_size = 2048，，tp_block_nr = 4，，tp_frame_nr = 8。。得到的缓冲区结构如下图所示：：


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每个frame必须放在一个block中，，每个block保留整数个frame，，也就是说一个frame不能逾越两个block。。在用户层映射环形缓冲区能够直接使用mmap()函数。。固然环形缓冲区在内核中是由多个block组成的，，但是映射后它们在用户空间中是陆续的。。


缝隙分析


该缝隙具体呈此刻tpacket_rcv()函数中，，该函数是基于PACKET_MMAP的数据包接管函数。。具体职能实现如下代码所示：：


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行2226到行2228，，若是sk_type为SOCK_DGRAM，，暗示不必要自行机关MAC首部，，由内核填充，，则macoff等于netoff，，巨细为TPACKET_ALIGN(tp_hdr_len)+ 16 + tp_reserve。。若是sk_type为SOCK_RAW，，则进入行2230，，暗示必要自行机关MAC首部。。行2231到行2233，，首先推算netoff，，巨细为TPACKET_ALIGN(tp_hdrlen +(maclen < 16 ?16 : maclen)) + tp_reserve。。行2234到行2237，，若是设置了PACKET_VNET_HDR选项，，还需加上一个virtio_net_hdr结构体的巨细，，而后设置do_vnet为真。。行2238，，推算macoff。。


由于macoff、netoff以及maclen被界说为unsigned short类型，，最大值为0xffff。。而tp_reserve被界说为unsigned int类型，，最大值为0xffffffff，，并且巨细能够通过setsockopt()函数进行设置，，如下代码所示：：


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因而，，在推算netoff时，，能够通过节制tp_reserve造成整数溢出，，进而推算出谬误的macoff。。当执行到如下代码时：：


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行2287，，挪用virtio_net_hdr_from_skb()函数从sk_buff中拷贝数据，，该函数第二个参数为h.raw + macoff – sizeof(struct virtio_net_hdr)，，h.raw为tpacket_rcv_uhdr类型的指针，，指向环形缓冲区的frame，，由于macoff是可控的，，能够让maoff小于sizeof(struct virtio_net_hdr)，，导致向前越界写，，最多可写入sizeof(struct virtio_net_hdr)个字节。。凭据提供的PoC，，调试代码如下图所示：：


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rdx中存放着TPACKET_ALIGN(tp_hdrlen+(maclen < 16 ? 16 : maclen))，，巨细为0x50。。rbp+0x4e4处存放着po->tp_reserve，，巨细为0x0000ffb4。。相加后，，整数上溢后，，rdx为0x0004。。当执行到越界接见时，，具体如下：：


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R9存放着h.raw指针，，rdx存放着macoff，，virtio_net_hdr结构体巨细为0xa。。如下图所示：：


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产生内存接见谬误，，造成系统崩�！！�。


参考链接：：


[1] https://blog.csdn.net/sinat_20184565/article/details/82788387

[2] https://www.openwall.com/lists/oss-security/2020/09/03/3

[3] https://elixir.bootlin.com/linux/v5.6/source/Documentation/networking/packet_mmap.txt

[4] https://sysdig.com/blog/cve-2020-14386-falco/

[5] https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1875699#c9