Linux内核eBPF RINGBUF越界接见缝隙（CVE-2021-3489）利用分析

颁布功夫 2022-03-01

近年来，，，在PWN2OWN角逐Ubuntu桌面系统破解项目中，，，Linux内核eBPF机制一向是热点的攻击面。。本文分析的CVE-2021-3489是在PWN2OWN 2021角逐中使用的缝隙，，，该eBPF缝隙和以往的逻辑验证缝隙分歧，，，缝隙呈此刻新引入的eBPF RINGBUF职能中，，，导致内存接见越界，，，可实现越界读写达到权限提升。。


BPF环形缓冲区及映射


eBPF提供多种类型的映射，，，环形缓冲区映射就是其中之一。。该实现的动机之一是通过在CPU之间共享环形缓冲区来更有效地利用内存。。单个RINGBUF环形缓冲区作为 BPF_MAP_TYPE_RINGBUF类型的BPF映射实例出现给BPF法式。�；；固峁┒喔鯞PF_CALL接口函数，，，其中bpf_ringbuf_output()职能为允许将数据从一个处所复制到环形缓冲区，，，bpf_ringbuf_reserve()/bpf_ringbuf_commit()/bpf_ringbuf_discard()这组函数将整个过程分为两个步骤。。首先，，，预留固定数量的空间。。若是成功，，，则返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，，，BPF法式能够像使用数组/哈希映射内的数据一样使用该指针。。一旦筹备好，，，这块内存要么被提交，，，要么被抛弃。。discard与commit类似。。


在创建BPF_MAP_TYPE_RINGBUF映射时，，，内核将分配两个内存区域。。一个是 bpf_ringbuf_map 结构，，，类似于其他的映射类型，，，另一个是bpf_ringbuf结构。。该结构界说如下图所示：：：


代码文件.png


其中，，，pages是内存分配的所有页面集中，，，consumer_pos为消费者计数器，，，producer_pos为出产者计数器，，，别离放在相邻的单独的页面中，，，在该缝隙修复前，，，这两个页面均能够通过MMAP映射到用户空间进行读写操作的。。bpf_ringbuf_alloc()函数是实现bpf_ringbuf并初始化的，，，实现代码如下所示：：：


代码文件.png


挪用bpf_ringbuf_area_alloc()函数分配bpf_ringbuf，，，而后初始化rb->spinlock，，，rb->waitq和rb->work，，，最后设置rb->mask，，，rb->consumer_pos和rb->producer_pos。。bpf_ringbuf_area_alloc()函数是用来具体分配ringbuf内存区域的，，，该实现如下代码所示：：：


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第一个参数data_sz为申请分配内存的巨细，，，nr_meta_pages为元数据页面数，，，蕴含一个不成映射页面和两个可映射页面，，，别离为consumer_pos和producer_pos，，，nr_data_pages为现实申请分配内存所需的内存页面数，，，nr_pages为nr_meta_pages和nr_data_pages之和，，，pages用于存放所有页面集中，，，内存分配如下代码所示：：：


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挪用bpf_map_area_alloc()函数分配pages指针数组，，，用于存放即将分配的内存页面。。而后循环挪用alloc_pages_node()函数分配页面并存放在pages中，，，把稳到nr_data_pages是双份的。。现实内存布局如下所示：：：


示例图.png

最后，，，挪用vmmap()函数将pages中的页面映射到陆续虚构内存空间中，，，如下代码所示：：：


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缝隙道理与修复补丁


该缝隙产生在__bpf_ringbuf_reserve()函数中，，，该函数能够返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，，，但是并没有判断接见长度巨细，，，导致能够越界接见数据。。该函数关键实现如下代码所示：：：


代码文件.png


参数size为接见长度，，，首先判断size是否大于0x3fffffff，，，但是并没有判断len是否大于ringbuf的data_sz，，，即接见的领域是否大于现实分配的ringbuf内存领域。。而后对size+8上限取整为len，，，接下来取出rb->producer_pos，，，通过prod_pos+len推算出new_prod_pos。。


代码文件.png


行333，，，首先判断新的出产者地位不超过ringbuf的data_sz-1，，，确保ringbuf内存空间是充足的。。而后通过rb->data+prod_pos推算出hdr的地位，，，最后将rb->producer_pos更新为new_prod_pos，，，返回hdr+8地位的指针，，，如下代码所示：：：


代码文件.png


凭据前文分析，，，rb->consumer_pos和rb->producer_pos地点页面是可映射的，，，是可控的且没有查抄，，，size接见长度也是可控的，，，因而能够机关如下前提达到大领域越界接见，，，令producer_pos = 0，，，consumer_pos= 0x3fffffff和size=0x3fffffff。。这三个变量能够绕过所有查抄，，，最后推算出的new_prod_pos为0x3fffffff+8，，，这是个很大的领域。。


该缝隙修复补丁有两部门，，，第一部门是加上了和data_sz巨细的判断，，，预防接见长度超涌现实分配的空间领域，，，如下代码所示：：：


代码文件.png


不允许对rb->producer_pos地点内存页面进行写映射。。


缝隙利用过程


（1）通过堆喷机关陆续内存布局，，，给越界读写提供场景

陆续创建多个size=0x1000000的ringbuf，，，这里mapfd的ringbuf和victimfd的ringbuf是陆续的，，，中央距离一个页面的guard page


代码文件.png

（2）通过eBPF指令机关出越界读写原语

通过eBPF指令接见mapfd的ringbuf，，，并挪用bpf_ringbuf_reserve()函数获取mapfd的ringbuf->data指针。。这里SIZE为0x30000000大于现实分配的内存空间。。


代码文件.png


偏移size*2+0x1000跳过mapfd的ringbuf，，，再偏移8处是victimfd的ringbuf->wait_queue_head->list_head，，，偏移40处是ringbuf-> irq_work->func，，，初始化bpf_ringbuf时，，，func为bpf_ringbuf_notify，，，因而能够推算出内核基地址。。


（4）劫持返回地址执行代码

通过大量fork子过程，，，在victimfd内存后面得到陆续的task_struct内存布局。。


代码文件.png


同时，，，子过程和父过程通过pipe进行通讯，，，这个过程中会挪用__x64_sys_read和ksys_read函数并处于阻塞状态，，，而后不休搜索thread内核栈，，，搜索到这两个函数返回地址将其批改成commit_creds和prepare_kernel_cred，，，在父过程中解除阻塞状态便可劫持流程进行执行肆意代码。。      


综上利用过程，，，通过精心机关可实现对该缝隙的提权成效。。


        

参考链接：：： 

https://flatt.tech/reports/210401_pwn2own/