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机造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映射事俘出现给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造到环形缓冲区 ，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 ，在该缝隙建复前 ，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为申请分配内存的大幼 ，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：
缝隙道理与建复补丁
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大幼 ，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 。
该缝隙建复补丁有两部门 ，第一部门是加上了和data_sz大幼的判断 ，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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