Linux内核eBPF RINGBUF越界接见缝隙（CVE-2021-3489）利用分析
颁布功夫 2022-03-01近年来，，在PWN2OWN角逐Ubuntu桌面系统破解项目中，，Linux内核eBPF机制一向是热点的攻击面。本文分析的CVE-2021-3489是在PWN2OWN 2021角逐中使用的缝隙，，该eBPF缝隙和以往的逻辑验证缝隙分歧，，缝隙呈此刻新引入的eBPF RINGBUF职能中，，导致内存接见越界，，可实现越界读写达到权限提升。
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。该实现的动机之一是通过在CPU之间共享环形缓冲区来更有效地利用内存。单个RINGBUF环形缓冲区作为 BPF_MAP_TYPE_RINGBUF类型的BPF映射实例出现给BPF法式�；； ；固峁┒喔鯞PF_CALL接口函数，，其中bpf_ringbuf_output()职能为允许将数据从一个处所复制到环形缓冲区，，bpf_ringbuf_reserve()/bpf_ringbuf_commit()/bpf_ringbuf_discard()这组函数将整个过程分为两个步骤。首先，，预留固定数量的空间。若是成功，，则返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，，BPF法式能够像使用数组/哈希映射内的数据一样使用该指针。一旦筹备好，，这块内存要么被提交，，要么被抛弃。discard与commit类似。
在创建BPF_MAP_TYPE_RINGBUF映射时，，内核将分配两个内存区域。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是内存分配的所有页面集中，，consumer_pos为消费者计数器，，producer_pos为出产者计数器，，别离放在相邻的单独的页面中，，在该缝隙修复前，，这两个页面均能够通过MMAP映射到用户空间进行读写操作的。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()函数分配bpf_ringbuf，，而后初始化rb->spinlock，，rb->waitq和rb->work，，最后设置rb->mask，，rb->consumer_pos和rb->producer_pos。bpf_ringbuf_area_alloc()函数是用来具体分配ringbuf内存区域的，，该实现如下代码所示：
第一个参数data_sz为申请分配内存的巨细，，nr_meta_pages为元数据页面数，，蕴含一个不成映射页面和两个可映射页面，，别离为consumer_pos和producer_pos，，nr_data_pages为现实申请分配内存所需的内存页面数，，nr_pages为nr_meta_pages和nr_data_pages之和，，pages用于存放所有页面集中，，内存分配如下代码所示：
挪用bpf_map_area_alloc()函数分配pages指针数组，，用于存放即将分配的内存页面。而后循环挪用alloc_pages_node()函数分配页面并存放在pages中，，把稳到nr_data_pages是双份的。现实内存布局如下所示：
最后，，挪用vmmap()函数将pages中的页面映射到陆续虚构内存空间中，，如下代码所示：
缝隙道理与修复补丁
该缝隙产生在__bpf_ringbuf_reserve()函数中，，该函数能够返回指向环形缓冲区数据区域内数据的指针，，但是并没有判断接见长度巨细，，导致能够越界接见数据。该函数关键实现如下代码所示：
参数size为接见长度，，首先判断size是否大于0x3fffffff，，但是并没有判断len是否大于ringbuf的data_sz，，即接见的领域是否大于现实分配的ringbuf内存领域。而后对size+8上限取整为len，，接下来取出rb->producer_pos，，通过prod_pos+len推算出new_prod_pos。
行333，，首先判断新的出产者地位不超过ringbuf的data_sz-1，，确保ringbuf内存空间是充足的。而后通过rb->data+prod_pos推算出hdr的地位，，最后将rb->producer_pos更新为new_prod_pos，，返回hdr+8地位的指针，，如下代码所示：
凭据前文分析，，rb->consumer_pos和rb->producer_pos地点页面是可映射的，，是可控的且没有查抄，，size接见长度也是可控的，，因而能够机关如下前提达到大领域越界接见，，令producer_pos = 0，，consumer_pos= 0x3fffffff和size=0x3fffffff。这三个变量能够绕过所有查抄，，最后推算出的new_prod_pos为0x3fffffff+8，，这是个很大的领域。
该缝隙修复补丁有两部门，，第一部门是加上了和data_sz巨细的判断，，预防接见长度超涌现实分配的空间领域，，如下代码所示：
不允许对rb->producer_pos地点内存页面进行写映射。
缝隙利用过程
（1）通过堆喷机关陆续内存布局，，给越界读写提供场景
陆续创建多个size=0x1000000的ringbuf，，这里mapfd的ringbuf和victimfd的ringbuf是陆续的，，中央距离一个页面的guard page
（2）通过eBPF指令机关出越界读写原语
通过eBPF指令接见mapfd的ringbuf，，并挪用bpf_ringbuf_reserve()函数获取mapfd的ringbuf->data指针。这里SIZE为0x30000000大于现实分配的内存空间。
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，，因而能够推算出内核基地址。
（4）劫持返回地址执行代码
通过大量fork子过程，，在victimfd内存后面得到陆续的task_struct内存布局。
同时，，子过程和父过程通过pipe进行通讯，，这个过程中会挪用__x64_sys_read和ksys_read函数并处于阻塞状态，，而后不休搜索thread内核栈，，搜索到这两个函数返回地址将其批改成commit_creds和prepare_kernel_cred，，在父过程中解除阻塞状态便可劫持流程进行执行肆意代码。
综上利用过程，，通过精心机关可实现对该缝隙的提权成效。
参考链接：
https://flatt.tech/reports/210401_pwn2own/
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