CVE-2023-0179提权利用

前言

在CVE-2023-0179-Nftables整型溢出中，分析了漏洞的成因，接下来分析漏洞的利用。

漏洞利用

根据漏洞成因可以知道，payload_eval_copy_vlan函数存在整型溢出，导致我们将vlan头部结构拷贝到寄存器（NFT_REG32_00-NFT_REG32_15），而该变量时存在与栈上的，因此可以覆盖栈上的其余变量的。

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可以发现regs变量是无法覆盖到返回地址。

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因此我们需要观察源码，jumpstack变量是在regs变量下方

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我们可以通过溢出regs变量覆盖到jumpstack变量。

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那么接下来需要观察一下nft_jumpstack结构体中存在哪些变量

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struct nft_jumpstack {
	const struct nft_chain *chain;
	const struct nft_rule_dp *rule;
	const struct nft_rule_dp *last_rule;
};
  • chain：用于指定在哪个流程进行hook
  • rule：以什么样的规则处理数据包
  • last_rule：规则可能不止一条，因此last_rule用于指向最后一条规则

nft_jumpstack结构体在nft_do_chain函数的作用如下，当状态寄存器被设置为JUMP条件时，意味着需要跳转到其他chain进行处理，因此需要先保存当前chain的状态，这里与函数调用时保存栈时的处理一样，估计因此才命名为jumpstack。并且使用一个全局变量stackptr用于确定保存的chain的先后顺序。在保存完之后，就跳转到目的chain，目的chain则是存储在regs.verdict.chain中。

	...
	switch (regs.verdict.code) {
	case NFT_JUMP:
		if (WARN_ON_ONCE(stackptr >= NFT_JUMP_STACK_SIZE))
			return NF_DROP;
		jumpstack[stackptr].chain = chain;
		jumpstack[stackptr].rule = nft_rule_next(rule);
		jumpstack[stackptr].last_rule = last_rule;
		stackptr++;
 	case NFT_GOTO:
		chain = regs.verdict.chain;
		goto do_chain;
	...

还原chain的过程如下，通过递减stackptr来取出存储在jumpstack变量中存储的chain、rule、lastrule，然后就会跳转到next_rule对还原的rule，进行rule的解析，这里需要注意的是在遍历rule的时候，循环是通过rule < last_rule进行遍历的，因此我们在后续伪造last_rule的时候需要大于rule，否则是无法进入循环内部的。

    next_rule:
        regs.verdict.code = NFT_CONTINUE;
        for (; rule < last_rule; rule = nft_rule_next(rule)) {
            nft_rule_dp_for_each_expr(expr, last, rule) {
                if (expr->ops == &nft_cmp_fast_ops)
                    nft_cmp_fast_eval(expr, &regs);
                else if (expr->ops == &nft_cmp16_fast_ops)
                    nft_cmp16_fast_eval(expr, &regs);
                else if (expr->ops == &nft_bitwise_fast_ops)
                    nft_bitwise_fast_eval(expr, &regs);
                else if (expr->ops != &nft_payload_fast_ops ||
                     !nft_payload_fast_eval(expr, &regs, pkt))
                    expr_call_ops_eval(expr, &regs, pkt);

                if (regs.verdict.code != NFT_CONTINUE)
                    break;
            }
    ...
    if (stackptr > 0) {
            stackptr--;
            chain = jumpstack[stackptr].chain;
            rule = jumpstack[stackptr].rule;
            last_rule = jumpstack[stackptr].last_rule;
            goto next_rule;
        }
    ...

紧接着来看一下nft_rule_dp结构体，可以发现第一个八个字节是一些标志位组成的，而后续的八个字节则是用于存储nft_expr结构体的指针。

struct nft_rule_dp {
	u64				is_last:1,
					dlen:12,
					handle:42;	/* for tracing */
	unsigned char			data[]
		__attribute__((aligned(__alignof__(struct nft_expr))));
};

然后可以看到nft_expr结构体里存储了函数指针，如果我们能够篡改该函数指针就可以劫持程序流程。

struct nft_expr {
	const struct nft_expr_ops	*ops;
	unsigned char			data[]
		__attribute__((aligned(__alignof__(u64))));
};

然后在这篇文章https://www.ctfiot.com/100156.html学习到了一个小技巧。使用ptype /o struct xxx就可以看到具体的结构体信息与偏移。

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因此构造的流程如下，首先我们通过漏洞溢出到nft_jumpstack结构体，并且修改rule变量为可控内容的地址同时需要将lastrule的值篡改为比rule更大的值，原因上述已经说过。紧接着在可控内容中伪造一个nft_rule_dp结构体，第一个八字节是填充位，而第二个八字节是需要伪造的函数表指针，同样的我们也将该指针篡改为可控内容的地址，然后再该地址处伪造nft_expr，并且将ops变量指向我们想要执行的函数即可。

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通过上述分析已经知道了该如何通过漏洞完成程序流程的劫持，接下来需要分析如果伪造上述几个结构体。

首先在nft_payload_copy_vlan函数中，漏洞点是将vlan头的数据拷贝到指定的寄存器里面，而vlan头的地址是低于寄存器的地址，这就会导致在拷贝完vlan头后会将寄存器中的值也进行拷贝的操作，而寄存器的值我们是能人为控制的，因此就可以完成伪造的操作。

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可以看到我们对NFT_REG32_00的赋值会覆盖到jumpstack[7].rule的值，完成了对jumpstack结构体的篡改，这里我们可以通过NFT_REG32_00 - NFT_REG32_15进行赋值，紧接着查看jumpstack哪个值是被赋值。就可以知道哪个jumpstack可以被篡改。

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由于我们可以控制regs变量的值，我们可以首先泄露regs的地址，然后在regs上伪造rule即可。然后expr重新指向为jumpstack即可，这里采用了一个小技巧就是将last_rule设置为一个函数地址，由于函数地址的值是大于regs变量的地址值的，因此我们可以节约八个字节。

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但是这里有个问题就是我们只能控制八个字节的函数指针，因此是无法构造一个完整的ROP链的，而内核并不存在像用户态下有one_gadget可以只利用八个字节就能完成利用，因此在这里必须使用栈迁移，迁移的目的是一段可以控制的内存，那么这里选用的目的自然就是regs了。那么该如何找栈迁移的gadget呢？，这里我首先采用的使用利用vmlinux-to-elf将bzImage的符号表提取出来，然后寻找对应的gadget，gadget类型如下

  • mov rsp,xxx
  • push xxx;pop rsp
  • add rsp,xxx
  • xchg rsp,xxx

上述指令都可以修改rsp寄存器，完成栈迁移的效果。

首先通过vmlinux-to-elf ./bzImage ./vmlinux去提取出符号表

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然后通过ropper进行gadget的提取，ropper --file ./vmlinux --nocolor > g

最后这在搜索gadget，cat g | grep 'add rsp.*ret'，但是通过尝试发现下述的地址都没办法使用，因为下述地址都不具备可执行的权限。

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然后尝试了搜索上述所有的gadget，我都没有找到可以用的gadget，唯一比较接近的gadget是pop rsi的，但是无法控制rsi的寄存器，其实这里一开始我使用的镜像是自己编译的，这里搜索的gadget是需要控制rdi寄存器的，经过多次尝试无果后才使用了作者的config文件重新编译发现还是不可行。

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其实我们在编译内核文件时是存在vmlinux文件的，但是那个文件十分的大，使用ropper工具无法分析，就在我准备放弃的时候，想到使用objdump工具进行gadget的提取

使用objdump -d -M intel vmlinux > ./gadget.txt

  • -d是dump代码
  • -M是指定汇编代码的格式

objdump提取的速度非常快，提取代码如下，但是它没有ropper搜索gadget那么方便，但是会全的多

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这里我首先尝试了搜索栈迁移的gadget，cat gadget.txt | grep -E 'add rsp.*'

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可以发现有非常多的匹配的gadget，接着我们在gdb中验证可以使用的gadget，通常在栈进行还原的时候会用到add rsp,xxx，因此都是有效的gadget，然后就是计算栈顶与resg函数地址的差值找到相应的栈迁移gadget即可。

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接下就是考虑如何进行提权的利用了，虽然我们可以控制regs但是可控的范围也只有0x40是不足于采用commit_creds(prepare_kernel_cred(0))设置root凭证然后返回到用户空间执行后门的。那么相当的一个办法就是通过覆盖modprobe_path进行提权。这里我找了下列gadget进行modprobe_path的覆盖，将rdi设置为modprobe_path，rax设置为覆盖后的路径即可。

		0xffffffff810d1e6b: mov qword ptr [rdi], rax; ret; 
		0xffffffff81004165: pop rdi; pop rbp; ret

最后就是覆盖完modprobe_path该如何返回到用户态，因为modprobe_path的提权需要在用户态下执行非法文件头的文件，这里作者采用的是将栈还原，通过在rbp中的地址值覆盖会rsp中即可，采用下述gadget

		0xffffffff810b47f0: mov rsp, rbp; pop rbp; ret;

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但是在我的环境下直接返回不行，这是因为在返回到 nf_hook_slow函数时，有对状态码的一个检验，而在上述覆盖modprobe_path时，我们设置了rax值，就导致无法将状态码设置成合法值。那分支就会跳转到default，导致报错。在尝试搜索了gadget之后，可以将rax设置为0，但是这回进入到NF_DROP分支 中，但是此时skb变量也被我们破坏了，无法正常执行。

int nf_hook_slow(struct sk_buff *skb, struct nf_hook_state *state,
		 const struct nf_hook_entries *e, unsigned int s)
{
	unsigned int verdict;
	int ret;

	for (; s < e->num_hook_entries; s++) {
		verdict = nf_hook_entry_hookfn(&e->hooks[s], skb, state);
		switch (verdict & NF_VERDICT_MASK) {
		case NF_ACCEPT:
			break;
		case NF_DROP:
			kfree_skb_reason(skb,
					 SKB_DROP_REASON_NETFILTER_DROP);
			ret = NF_DROP_GETERR(verdict);
			if (ret == 0)
				ret = -EPERM;
			return ret;
		case NF_QUEUE:
			ret = nf_queue(skb, state, s, verdict);
			if (ret == 1)
				continue;
			return ret;
		default:
			/* Implicit handling for NF_STOLEN, as well as any other
			 * non conventional verdicts.
			 */
			return 0;
		}
	}

	return 1;
}

在尝试很久之后，最终放弃正常返回的这个选项，然后我在rbp中搜索是否有合适的返回地址。最后在rbp中我找到了一个do_softirq函数

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该函数是一个软中断处理的函数，当时我就猜想，如果这个函数返回了，应该不会影响程序的执行。

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尝试运行之后，发现还是有内核异常，顿时有点失望。

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但是在操控命令行的时候是能够正常输入命令的，说明我们成功返回到用户态了。

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最后就是查看是否将新用户写入到/etc/passwd中了，最终完成写入。完结撒花！。

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完整exp可以参考https://github.com/h0pe-ay/Vulnerability-Reproduction/blob/master/CVE-2023-0179(nftables)/poc.c

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