Linux内核AF_PACKET原生套接字误差（CVE-2020-14386）剖析

宣布时间 2020-09-22

误差配景


克日，，Openwall社区上果真了一个Linux内核AF_PACKET原生套接字内存破损误差。。。凭证细节形貌，，该误差泛起在net/packet/af_packet.c中，，由整数溢出导致越界写，，可以通过它举行权限提升。。。该误差危害评级为高，，编号为CVE-2020-14386。。。


受影响产品缓和解步伐


1、受影响产品


该误差影响Linux刊行版高于4.6的内核版本，，包括：

  • Ubuntu Bionic (18.04) and newer

  • Debian 9

  • Debian 10

  • CentOS 8/RHEL 8

2、缓解步伐


（1）修补系统

上游内核补丁如下：

https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=acf69c946233259ab4d64f8869d4037a198c7f06


（2）关闭CAP_NET_RAW功效

针对RHEL8，，详细关闭办法如下：

# echo"user.max_user_namespaces=0" > /etc/sysctl.d/userns.conf

# sysctl -p/etc/sysctl.d/userns.conf


（3）针对一些受影响的容器产品，，同样接纳关闭CAP_NET_RAW功效举行缓解

Kubernetes Pod清静战略：设置Pod清静战略以删除运行容器中的CAP_NET_RAW功效，，参考链接：https://cloud.google.com/kubernetes-engine/docs/security-bulletins。。。


相关看法


1、AF_PACKET套接字


网络协议栈中，，原始套接字是一个特殊的套接字类型，，从实现上可以分为两类，，一类为链路层原始套接字 ；；；另一类为网络层原始套接字。。。链路层原始套接字可直接用于吸收和发送链路层的MAC帧，，在发送时需要挪用者自行结构和封装MAC首部。。。链路层原始套接字挪用socket()函数建设。。。第一个参数指定地点簇类型为AF_PACKET，，第二个参数套接字类型为SOCK_RAW或SOCK_DGRAM，，当类型指定为SOCK_RAW时，，套接字吸收和发送的数据都是从MAC首部最先的。。。在发送时需要由挪用者从MAC首部最先结构和封装报文数据。。。


2、PACKET_MMAP


仅依赖AF_PACKET过滤数据包是很是低效的，，内核又提供了PACKET_MMAP支持。。。PACKET_MMAP在内核空间中分派一块环形内核缓冲区，，用户空间通过mmap将该内核缓冲区映射出来。。。收到的数据包拷贝到环形内核缓冲区中，，用户层可以直接操作数据，，通过内核空间和用户空间共享的缓冲区起到镌汰数据拷贝的作用，，提高处置惩罚效率。。。


PACKET_MMAP实现历程


通过setsockopt()函数设置环形缓冲区，，option参数设置为PACKET_RX_RING或PACKET_TX_RING。。。为了利便内核与用户层治理和交互环形缓冲区中的数据帧，，内核界说了TPACKET_HEADER结构体，，该结构体存储着一些元信息如套接字地点信息、时间戳以及环形缓冲区治理信息等。。。若是通过setsockopt()函数设置了PACKET_VNET_HDR选项，，还需添加一个virtio_net_hdr结构体。。。一个数据帧包括两个部分，，第一部分为TPACKET_HEADER，，第二部分为Data，，并且要包管页面临齐，，如下图所示：

现在TPACKET_HEADER保存三个版本，，每个版本长度略有差别。。。关于v1和v2，，收发环形缓冲区用tpacket_req结构体治理，，该结构体包括四个数据域：划分为内存块的巨细和数目、每个数据帧的巨细和数据帧总数。。。如下图所示：



捕获的frame被划分为多个block，，每个block是一块物理上一连的内存区域，，有tp_block_size/tp_frame_size个frame，，block的总数是tp_block_nr。。。例如，，tp_block_size = 4096，，tp_frame_size = 2048，，tp_block_nr = 4，，tp_frame_nr = 8。。。获得的缓冲区结构如下图所示：



每个frame必需放在一个block中，，每个block生涯整数个frame，，也就是说一个frame不可跨越两个block。。。在用户层映射环形缓冲区可以直接使用mmap()函数。。。虽然环形缓冲区在内核中是由多个block组成的，，可是映射后它们在用户空间中是一连的。。。


误差剖析


该误差详细泛起在tpacket_rcv()函数中，，该函数是基于PACKET_MMAP的数据包吸收函数。。。详细功效实现如下代码所示：



行2226到行2228，，若是sk_type为SOCK_DGRAM，，体现不需要自行结构MAC首部，，由内核填充，，则macoff即是netoff，，巨细为TPACKET_ALIGN(tp_hdr_len)+ 16 + tp_reserve。。。若是sk_type为SOCK_RAW，，则进入行2230，，体现需要自行结构MAC首部。。。行2231到行2233，，首先盘算netoff，，巨细为TPACKET_ALIGN(tp_hdrlen +(maclen < 16 ?16 : maclen)) + tp_reserve。。。行2234到行2237，，若是设置了PACKET_VNET_HDR选项，，还需加上一个virtio_net_hdr结构体的巨细，，然后设置do_vnet为真。。。行2238，，盘算macoff。。。


由于macoff、netoff以及maclen被界说为unsigned short类型，，最大值为0xffff。。。而tp_reserve被界说为unsigned int类型，，最大值为0xffffffff，，并且巨细可以通过setsockopt()函数举行设置，，如下代码所示：



因此，，在盘算netoff时，，可以通过控制tp_reserve造成整数溢出，，进而盘算蜕化误的macoff。。。当执行到如下代码时：



行2287，，挪用virtio_net_hdr_from_skb()函数从sk_buff中拷贝数据，，该函数第二个参数为h.raw + macoff – sizeof(struct virtio_net_hdr)，，h.raw为tpacket_rcv_uhdr类型的指针，，指向环形缓冲区的frame，，由于macoff是可控的，，可以让maoff小于sizeof(struct virtio_net_hdr)，，导致向前越界写，，最多可写入sizeof(struct virtio_net_hdr)个字节。。。凭证提供的PoC，，调试代码如下图所示：



rdx中存放着TPACKET_ALIGN(tp_hdrlen+(maclen < 16 ? 16 : maclen))，，巨细为0x50。。。rbp+0x4e4处存放着po->tp_reserve，，巨细为0x0000ffb4。。。相加后，，整数上溢后，，rdx为0x0004。。。当执行到越界会见时，，详细如下：



R9存放着h.raw指针，，rdx存放着macoff，，virtio_net_hdr结构体巨细为0xa。。。如下图所示：



爆发内存会见过失，，造成系统瓦解。。。


参考链接：


[1] https://blog.csdn.net/sinat_20184565/article/details/82788387

[2] https://www.openwall.com/lists/oss-security/2020/09/03/3

[3] https://elixir.bootlin.com/linux/v5.6/source/Documentation/networking/packet_mmap.txt

[4] https://sysdig.com/blog/cve-2020-14386-falco/

[5] https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1875699#c9