Linux eBPF JIT权限提升漏洞(CVE-2020-27194)分析与验证

发布时间 2020-11-03

漏洞背景


近日,国外安全研究人员披露一个Linux eBPF verifier组件错误验证漏洞,此漏洞源于bpf验证系统在Linux内核中没有正确计算某些操作的寄存器边界跟踪,导致本地攻击者可以利用此缺陷进行内核信息泄露或特权提升,该漏洞编号为CVE-2020-27194。


影响范围与防护措施


1、影响范围
  • Linux-5.7 ~ Linux-5.8.14

  • Ubuntu 20.10

2、防护措施

  • 及时更新升级内核;

  • 将kernel.unprivileged_bpf_disabled.sysctl设置为1,临时限制普通用户权限。

漏洞原理与调试分析


1、漏洞原理


该漏洞和Pwn2own2020比赛中使用的CVE-2020-8835漏洞原理一致,均是错误计算了寄存器边界跟踪,导致可以绕过验证器检查达到越界读写。缺陷代码出现在kernel/bpf/verifier.c的scalar32_min_max_or()函数中,该函数是在commit_id:3f50f132d840中引入的,该功能实现了显式的ALU32(32位计算类操作)寄存器边界跟踪,处理OR运算时,调用scalar32_min_max_or()函数进行32位寄存器边界跟踪,该函数实现如下:



行5365和行5366,直接将dst_reg寄存器中的64位无符号值赋值给32位有符号值,这明显是错误的。例如设置dst_reg->umin_value=1,dst_reg->umax_value=0x600000001,当进行如上操作后,dst_reg->s32_min_value为1,但是dst_reg->s32_max_value也将是1,因为0x600000001的高位将被截断,这时dst_reg寄存器的范围从[1,0x600000001]变成了[1,1],这会被验证器识别为常数1,进而绕过验证器检查。漏洞补丁中,进行了正确的32位有符号值赋值操作,如下所示:


 


2、调试分析


首先将寄存器的umin_value设置为0x1,可以通过如下BPF指令实现:



此时,寄存器的状态如下所示:



设置完umin_value后,设置umax_value为0x600000001,可以通过如下BPF指令实现:



断点命中后,调用栈如下所示:



执行完BPF_JMP_REG(BPF_JLT,BPF_REG_6,BPF_REG_5,1)指令后,将R6寄存器范围设置为0x1到0x600000001之间。R6寄存器状态如下所示:



接着,设置R6寄存器中32位的无符号最小值和最大值,



设置完之后,R6寄存器状态如下所示:



红框中设置的值是必须要保证的,需要提前进行设置,方便后面绕过if判断进入缺陷代码块中。接着设置R6寄存器32位有符号最小值和最大值,代码如下所示:



行5355,if语句判断不成立,会走到行5362分支中,调试情况如下所示:



触发漏洞后,R6寄存器状态如下:



此时s32_min_value和s32_max_value都为0x1,在验证器中,R6寄存器的32位有符号取值为常数1。但R6寄存器的取值实际是有范围的。接着将R6寄存器进行32位MOV到R7寄存器中,执行到如下代码所示:



此时,src_reg寄存器如下所示:



执行MOV操作之前,R7寄存器状态如下所示:



执行MOV操作后,R7寄存器状态如下所示:


R7寄存器为常量1,实际运行情况下是有范围的,可以设置为2。执行BPF_ALU64_IMM(BPF_RSH,BPF_REG_7,1)后,即R7 >>= 1,R7寄存器如下所示:



此时umin_value和umax_value为0,即为R7寄存器进行右移操作后,在验证器中被识别为常数0,此时R7寄存器进行加减运算都不会发生越界,绕过了验证器的边界检查。但是如果R7寄存器实际设置为2,2>>1为1,R7寄存器为1,此时和R7寄存器进行加减运算,达到越界读写。


漏洞复现


在Linux-5.7.7版本中进行漏洞利用,成功提权。



参考链接:


[1] https://cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=CVE-2020-27194

[2] https://github.com/torvalds/linux/commit/5b9fbeb75b6a98955f628e205ac26689bcb1383e

[3] https://github.com/torvalds/linux/commit/3f50f132d8400e129fc9eb68b5020167ef80a244

[4] https://scannell.me/fuzzing-for-ebpf-jit-bugs-in-the-linux-kernel/


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