Linux内核eBPF RINGBUF越界会见误差（CVE-2021-3489）使用剖析
宣布时间 2022-03-01近年来，在PWN2OWN角逐Ubuntu桌面系统破解项目中，Linux内核eBPF机制一直是热门的攻击面。本文剖析的CVE-2021-3489是在PWN2OWN 2021角逐中使用的误差，该eBPF误差和以往的逻辑验证误差差别，误差泛起在新引入的eBPF RINGBUF功效中，导致内存会见越界，可实现越界读写抵达权限提升。
BPF环形缓冲区及映射
eBPF提供多种类型的映射，环形缓冲区映射就是其中之一。该实现的念头之一是通过在CPU之间共享环形缓冲区来更有用地使用内存。单个RINGBUF环形缓冲区作为 BPF_MAP_TYPE_RINGBUF类型的BPF映射实例泛起给BPF程序�；固峁┒喔鯞PF_CALL接口函数，其中bpf_ringbuf_output()功效为允许将数据从一个地方复制到环形缓冲区，bpf_ringbuf_reserve()/bpf_ringbuf_commit()/bpf_ringbuf_discard()这组函数将整个历程分为两个办法。首先，预留牢靠数目的空间。若是乐成，则返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，BPF程序可以像使用数组/哈希映射内的数据一样使用该指针。一旦准备好，这块内存要么被提交，要么被扬弃。discard与commit类似。
在建设BPF_MAP_TYPE_RINGBUF映射时，内核将分派两个内存区域。一个是 bpf_ringbuf_map 结构，类似于其他的映射类型，另一个是bpf_ringbuf结构。该结构界说如下图所示：
其中，pages是内存分派的所有页面荟萃，consumer_pos为消耗者计数器，producer_pos为生产者计数器，划分放在相邻的单独的页面中，在该误差修复前，这两个页面均可以通过MMAP映射到用户空间举行读写操作的。bpf_ringbuf_alloc()函数是实现bpf_ringbuf并初始化的，实现代码如下所示：
挪用bpf_ringbuf_area_alloc()函数分派bpf_ringbuf，然后初始化rb->spinlock，rb->waitq和rb->work，最后设置rb->mask，rb->consumer_pos和rb->producer_pos。bpf_ringbuf_area_alloc()函数是用来详细分派ringbuf内存区域的，该实现如下代码所示：
第一个参数data_sz为申请分派内存的巨细，nr_meta_pages为元数据页面数，包括一个不可映射页面和两个可映射页面，划分为consumer_pos和producer_pos，nr_data_pages为现实申请分派内存所需的内存页面数，nr_pages为nr_meta_pages和nr_data_pages之和，pages用于存放所有页面荟萃，内存分派如下代码所示：
挪用bpf_map_area_alloc()函数分派pages指针数组，用于存放即将分派的内存页面。然后循环挪用alloc_pages_node()函数分派页面并存放在pages中，注重到nr_data_pages是双份的。现实内存结构如下所示：
最后，挪用vmmap()函数将pages中的页面映射到一连虚拟内存空间中，如下代码所示：
误差原理与修复补丁
该误差爆发在__bpf_ringbuf_reserve()函数中，该函数可以返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，可是并没有判断会见长度巨细，导致可以越界会见数据。该函数要害实现如下代码所示：
参数size为会见长度，首先判断size是否大于0x3fffffff，可是并没有判断len是否大于ringbuf的data_sz，即会见的规模是否大于现实分派的ringbuf内存规模。然后对size+8上限取整为len，接下来取出rb->producer_pos，通过prod_pos+len盘算出new_prod_pos。
行333，首先判断新的生产者位置不凌驾ringbuf的data_sz-1，确保ringbuf内存空间是富足的。然后通过rb->data+prod_pos盘算出hdr的位置，最后将rb->producer_pos更新为new_prod_pos，返回hdr+8位置的指针，如下代码所示：
凭证前文剖析，rb->consumer_pos和rb->producer_pos所在页面是可映射的，是可控的且没有检查，size会见长度也是可控的，因此可以结构如下条件抵达大规模越界会见，令producer_pos = 0，consumer_pos= 0x3fffffff和size=0x3fffffff。这三个变量可以绕过所有检查，最后盘算出的new_prod_pos为0x3fffffff+8，这是个很大的规模。
该误差修复补丁有两部分，第一部分是加上了和data_sz巨细的判断，避免会见长度凌驾现实分派的空间规模，如下代码所示：
不允许对rb->producer_pos所在内存页面举行写映射。
误差使用历程
（1）通过堆喷结构一连内存结构，给越界读写提供场景
一连建设多个size=0x1000000的ringbuf，这里mapfd的ringbuf和victimfd的ringbuf是一连的，中心距离一个页面的guard page
（2）通过eBPF指令结构出越界读写原语
通过eBPF指令会见mapfd的ringbuf，并挪用bpf_ringbuf_reserve()函数获取mapfd的ringbuf->data指针。这里SIZE为0x30000000大于现实分派的内存空间。
偏移size*2+0x1000跳过mapfd的ringbuf，再偏移8处是victimfd的ringbuf->wait_queue_head->list_head，偏移40处是ringbuf-> irq_work->func，初始化bpf_ringbuf时，func为bpf_ringbuf_notify，因此可以盘算出内核基地点。
（4）挟制返回地点执行代码
通过大宗fork子历程，在victimfd内存后面获得一连的task_struct内存结构。
同时，子历程和父历程通过pipe举行通讯，这个历程中会挪用__x64_sys_read和ksys_read函数并处于壅闭状态，然后一直搜索thread内核栈，搜索到这两个函数返回地点将其修改成commit_creds和prepare_kernel_cred，在父历程中扫除壅闭状态便可挟制流程举行执行恣意代码。
综上使用历程，通过全心结构可实现对该误差的提权效果。
参考链接：
https://flatt.tech/reports/210401_pwn2own/
京公网安备11010802024551号