Реверс-инжиниринг eBPF-программы на примере сокет-фильтра и уязвимости CVE-2018-1844521.06.2024 14:45

Привет! Меня зовут Евгений Биричевский, в Positive Technologies я работаю в отделе обнаружения вредоносного ПО экспертного центра безопасности (PT ESC). Я занимаюсь исследованием различных вредоносных техник и образцов ВПО, написанием статических и динамических правил обнаружения, а также разработкой различных модулей для DRAKVUF.

Не так давно исследователи из Black Lotus Labs рассматривали несколько образцов 2018 года — elevator.elf и bpf.test. Пускай образцы и старые, но они используют уязвимости в eBPF, что происходит крайне редко: такие случаи можно практически пересчитать по пальцам.

Исследователи достаточно подробно описали общие функции и особенности ВПО, отметили запуск и использование eBPF-программ, но практически не описали сами eBPF-программы. Мне это показалось значительным упущением, ведь крайне редко удается пощупать in the wild использование уязвимостей в eBPF. Основываясь на дате появления образца и его поведении, исследователи предположили, что используется CVE-2018–18445. В этой статье мы научимся анализировать eBPF, достаточно подробно разберем используемые eBPF-программы, а также подтвердим или опровергнем гипотезу об использовании CVE-2018–18445.

Дисклеймер

Данный материал носит исключительно информационно-аналитический (познавательный) характер и не является инструкцией или призывом к совершению противоправных деяний. Автор не несет ответственности за просмотр или использование информации.

Кратко о том, как победить реверс eBPF

Вдаваться в подробное описание и особенности работы eBPF я не буду: в интернете достаточно материалов (например, цикл статей «BPF для самых маленьких»), отмечу лишь то, что необходимо для понимания этой статьи.

Программа eBPF — это набор (массив) некоторых инструкций. Каждая инструкция — структура типа bpf_insn:

struct bpf_insn {
    __u8    code;       /* opcode */
    __u8    dst_reg:4;  /* dest register */
    __u8    src_reg:4;  /* source register */
    __s16   off;        /* signed offset */
    __s32   imm;        /* signed immediate constant */
};

Структура чем-то напоминает язык ассемблера: есть номер инструкции, используемые регистры, смещение и передаваемое значение.

Загрузка происходит при помощи системного вызова bpf, он же вызов 321 (в таблице системных вызовов Linux) с параметром BPF_PROG_LOAD (5). Поэтому нужно найти его в дизассемблере, в нашем случае — в IDA.

Рисунок 1. Загрузка eBPF-программы

Чтобы убедиться в типе eBPF-программы, можно отыскать вызов setsockopt — функцию для настройки сокета с параметром SO_ATTACH_BPF.

Рисунок 2. Присоединение фильтра к сокету

Поднявшись по строчкам вызовов функций, можно найти сам массив с eBPF-программой. Однако по умолчанию IDA не умеет работать с eBPF-программами в дизассемблированном коде.

Рисунок 3. Стандартное представление eBPF-программы

Поэтому IDA нужно немного помочь. Следует создать структуру данных bpf_insn. Структура после добавления выглядит так.

Рисунок 4. Добавленная структура bpf_insn

Поле с регистрами одно, так как они хранятся в одном числе — в его верхних и нижних битах.

Поскольку eBPF-программа — массив структур, то в псевдокоде можно установить тип данных.

Рисунок 5. Переопределение типа

Количество инструкций можно подобрать или посмотреть в соседних функциях.

Рисунок 6. Количество инструкций в eBPF-программе

В итоге смотреть уже приятнее.

Рисунок 7. Улучшенное представление eBPF-программы

С полями off, immиregs все просто: это обычные значения, разве что регистры нужно поделить на верхние и нижние биты. Самое сложное — расшифровать флаги из поля code.

Для удобства нужно добавить некоторые флаги в IDA.

Рисунок 8. Добавленные константы

Все флаги и дополнительные eBPF-инструкции можно найти в исходниках Linux. Тогда код можно будет просмотреть так.

Рисунок 9. Интерпретация флагов

Объединить флаги в одно значение через логическое ИЛИ не получилось из-за разных масок, так что флаги нужно комбинировать вручную.

Для рисунка 9: 0x74 = 0x04 | 0x70 | 0x00 = BPF_ALU | BPF_OP(OP) | BPF_K = BPF_ALU | BPF_RSH | BPF_K

В ядре Linux есть удобные макросы, при помощи которых можно легко определить вызываемую инструкцию. Для этого нужно сравнить полученные флаги и найти подходящую инструкцию; можно также проверить и найти сходства ее остальных параметров. Например, для флагов на рисунке 9:

#define BPF_ALU32_IMM(OP, DST, IMM)             \
  ((struct bpf_insn) {                          \
    .code  = BPF_ALU | BPF_OP(OP) | BPF_K,      \
    .dst_reg = DST,                             \
    .src_reg = 0,                               \
    .off   = 0,                                 \
    .imm   = IMM })

В этом примере BPF_OP(OP) == BPF_RSH, регистр-приемник под номером 8, а передаваемое значение равно 31, следовательно искомую инструкцию можно представить в виде: BPF_ALU32_IMM(BPF_RSH, BPF_REG_8, 31)

Последовательно перебрав все функции, можно полностью восстановить исходный код eBPF-программы, а после попробовать его запустить для тестирования в виртуальной машине.

Так как eBPF-программ в образцах больше одной, такой способ не подойдет: он муторный и довольно затратный по времени, легко допустить ошибку в процессе. Для оптимизации была написана простая программа, которая и переводит псевдокод в макросы (исходный код представлен по ссылке).

Она преобразует bpf_insn из IDA в человекочитаемый список макросов. Например, в этом случае получится список (он же является программой leak_stack_address из образца bpf.test, но об этом позднее):

Если очень хочется протестировать и проверить работу восстановленной программы, то сделать это несложно. Нужна лишь виртуальная машина с Linux и компилятором gcc или clang.

Нужно скомпилировать, загрузить в память и активировать eBPF-программу. В данном случае нужна eBPF-программа с типом BPF_PROG_TYPE_SOCKET_FILTER (этот тип используется в данных образцах ВПО). Пример кода для загрузки сокет-фильтра можно посмотреть на LWN.

Анализ eBPF-программ, представленных в статье

В статье описаны два образца ВПО, они оба используют eBPF. Рассмотрим их по очереди.

Для удобства я буду приводить не однотипные снимки экрана с массивами кода eBPF-программ, а только их читаемую версию.

bpf.test

sha256: 4ad7b6dffc90bddd9beeb5653fad113ad905db81dce0298e376fed15b2246687

Образец предназначен для проверки работоспособности основных eBPF-модулей (если сработают эти, то сработают и остальные). Внутри две eBPF-программы:

• leak_stack_address;

• check_bpf.

leak_stack_address

Код программы:

Программа — практически полная копия PoC, Pointer Leak via BPF Exploit; она получает указатель из ядерного пространства операционной системы.

Полностью совпадают eBPF-программы, их тип и способ активации. Незначительно различаются лишь сообщения от verifier (псевдокод образца ВПО находится справа):

Рисунок 10. Сходства образца с эксплойтом для утечки указателя

Эта уязвимость не CVE-2018–18445, но она была опубликована примерно в то же время и является ключевой для работы основного образца.

check_bpf

Программа нужна только для проверки загрузки eBPF-программы в память. Иными словами, для проверки того, что verifier разрешил загрузку и что сам эксплойт работает в системе.

Рисунок 11. Вызов функции check_bpf

Функция check_bpf вернет значение true, если программа успешно загрузится в память.

Рисунок 12. Возвращаемое значение функции check_bpf

Вывод консоли в случае успеха (хотя программа и была «убита», она загрузилась в память):

В случае неудачи:

Если восстановить его к читаемому виду, то получается:

Результат очень похож по коду на искомую уязвимость CVE-2018–18445 (новые строки выделены цветом):

Программа из ВПО отличается только инструкциями с 13-й по 20-ю. Думаю, это просто немного расширенный эксплойт, так как код сходится вплоть до регистров. Во втором образце эта уязвимость настолько явно не используется, однако, как мне кажется, из-за пересечения кода часть из eBPF-программ работает по аналогичному принципу.

К сожалению, нашелся только один источник с кодом, но он подходит под описание эксплойта, к тому же на него ссылается NIST в описании этой уязвимости. В выводах о схожести опираюсь на имеющийся код.

elevator.elf

sha256: 41e45ac439a35fbfffece86469cd29406076ccfcc0e35a6a920aebfc8fdc3622

Внутри есть целых пять eBPF-программ:

Все программы также являются фильтрами для сокетов, поэтому активируются идентично.

Первые две программы большого интереса не представляют, однако я попытаюсь в той или иной степени описать все.

bpf_1

Код eBPF-программы:

Вызывается только при наличии переменной окружения TEST_ADDR.

Рисунок 13. Вызов первой eBPF-программы в elevator

До конца неясно, зачем нужна эта eBPF-программа, ведь она банально не запускается на подходящей версии из-за отсутствия bpf_get_current_comm:

А если убрать вызов этой функции, то выведется число, которое задавалось в начале eBPF-программы:

bpf_2 (aka leak_stack_address_2)

Код eBPF-программы:

Также непонятно, зачем нужна эта программа — в образце она не используется (на вызов функции нет ссылок). Если исключить кучу мусорных инструкций в ее начале, которые перезаписывают один и тот же регистр (строки 1–11), то получится полная копия eBPF-программы для получения адреса стека (описано далее).

Возможно, она использовалась для тестирования или добавлена для усложнения анализа.

bpf_leak_stack_address

Код программы:

Используется для получения адреса стека.

Рисунок 14. Вызов eBPF-программы для получения адреса стека

По своей сути это сильно модифицированная версия PoC, Pointer Leak via BPF Exploit (есть похожие строки, а также есть сходство в смысле программ):

Вывод программы:

Думаю, можно с уверенностью назвать эту программу ключевой: адрес стека используется во многих частях образца, в том числе для вызовов следующих двух программ.

bpf_read_kernel

Исходя из контекста и кода самой программы, она нужна для чтения 8 байтов информации из ядерной памяти.

Рисунок 15. Чтение из ядерной памяти

Код программы:

За время исполнения образца происходит множество чтений из ядерной памяти. С помощью этой программы образец получает все необходимые адреса, в том числе для повышения привилегий. Кроме того, образец может прочитать произвольно заданные адреса или сдампить учетные данные.

Рисунок 16. Чтение произвольного адреса

Рисунок 17. Дамп учетных данных

Программы bpf_read_kernel и bpf_write_kernel не удалось протестировать при помощи написания своего PoC, поэтому в пример приведу журналы, полученные при исполнении образца в изолированной среде.

Вывод образца:

Сравнение с CVE-2018–18445:

Ясно видно, что эта программа — расширенная версия уязвимости CVE-2018–18445, так как у них схожи значительные части кода и сама суть.

bpf_write_kernel

Учитывая контекст и код самой программы, становится понятно, что она нужна для записи 8 байтов информации в ядерную память.

Рисунок 18. Запись в ядерную память

Код:

Вывод образца:

Сравнение с CVE-2018–18445:

Сходств немного меньше, но все еще достаточно.

За время исполнения образца происходит около девяти записей в ядерную память. Если судить по перезаписываемым адресам и псевдокоду, то образец перезаписывает структуру cred из своего task_struct.

Рисунок 19. Код для повышения привилегий

Образец меняет информацию так, чтобы получить права root (выставляет uid = 0, gid = 0…).

Чтобы подтвердить успех повышения привилегий, он вызывает getuid (), который вернет 0 для вызова от root:

Рисунок 20. Проверка повышения привилегий

Выводы

ВПО интересное, и похоже, что оно действительно эксплуатирует CVE-2018–18445. А для получения ядерного указателя используется другая уязвимость примерно с той же датой появления.

Уязвимость CVE-2018–18445 есть только в относительно старых ядрах Linux. В свежих версиях ядра работает лишь утечка ядерного указателя.

IoC

© Habrahabr.ru