Linux内核AF_VSOCK套接字条件竞争误差（CVE-2021-26708）剖析

宣布时间 2021-03-10

误差配景


近期 ，，，外洋清静研究职员在oss-security上披露了一个AF_VSOCK套接字条件竞争高危误差CVE-2021-26708（CNVD-2021-10822、CNNVD-202102-529）。 。。。。。凭证披露细节 ，，，该误差是由于过失加锁导致 ，，，可以在低权限下触发并自动加载易受攻击驱动�？？？？？？榻ㄉ鐰F_VSOCK套接字 ，，，进而导致外地权限提升。 。。。。。该误差补丁已经合并到Linux内核主线中。 。。。。。


VSOCK先容和架构


VSOCK先容


VM套接字最早是由Vmware开发并提交到Linux内核主线中。 。。。。。VM套接字允许虚拟机与虚拟机治理程序之间举行通讯。 。。。。。虚拟机和主机上的用户级应用程序都可以使用VM 套接字API ，，，从而增进guest虚拟机与其host之间的快速有用通讯。 。。。。。该机制提供了一个vsock套接字地点系列及其vmci传输 ，，，旨在与接口级别的UDP和TCP兼容。 。。。。。VSOCK机制随即获得Linux社区的响应 ，，，Redhat在VSOCK中为vsock添加了virtio传输 ，，，QEMU/KVM虚拟机治理提供支持 ，，，Microsoft添加了HyperV传输。 。。。。。


VSOCK架构


VM套接字与其他套接字类型类似 ，，，例如Berkeley UNIX套接字接口。 。。。。。VM套接字�？？？？？？橹С置嫦蚺牧魈捉幼郑ɡ鏣CP）和无毗连数据报套接字（例如UDP）。 。。。。。VM套接字协议系列界说为“AF_VSOCK” ，，，并且套接字操作分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM。 。。。。。如下图所示：


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VSOCK支持socket API。 。。。。。AF_SOCK地点簇包括两个要素：CID和port。 。。。。。CID为ContextIdentifier ，，，上下文标识符；；；port为端口。 。。。。。TCP/IP应用程序险些不需要更改就可以适配 ，，，每一个地点体现为。 。。。。�；；Ｉ杏幸徊阄猼ransport ，，，VSOCK transport用于实现guest和host之间通讯的数据通道。 。。。。。如下图所示：


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Transport凭证传输偏向分为两种（以SOCK_STREAM类型为例） ，，，一种为G2H transport ，，，体现guest到host的传输类型 ，，，运行在guest中。 。。。。。另一种为H2G transport ，，，体现host到guest的传输类型。 。。。。。以QEMU/KVM传输为例 ，，，如下图所示：


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该传输提供套接字层接口的驱动分为两个部分：一个是运行在guest中的virtio-transport ，，，用于配合guest举行数据传输；；；另一个是运行在host中的vhost-transport ，，，用于配合host举行数据传输。 。。。。。VSOCK transport还提供多传输通道模式 ，，，该功效是为了支持嵌套虚拟机中的VSOCK功效。 。。。。。如下图所示：


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支持L1虚拟机同时加载H2G和G2H两个传输通道 ，，，此时L1虚拟机即是host也是guest ，，，通过H2G传输通道和L2嵌套虚拟机通讯 ，，，通过G2H传输通道和L0 host通讯。 。。。。。VSOCK transport还支持外地环回传输通道模式 ，，，不需要有虚拟机。 。。。。。如下图所示：


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该模式用于测试和调试 ，，，由vsock-loopback提供支持 ，，，并对地点簇中的CID举行了分类 ，，，包括两种类型：一种是VMADDR_CID_LOCAL ，，，体现外地环回；；；一种为VMADDR_CID_HOST ，，，体现H2G传输通道加载 ，，，G2H传输通道未加载。 。。。。。

 

误差剖析与触发历程


误差剖析


该误差触发缘故原由是过失加锁导致条件竞争 ，，，凭证补丁可知 ，，，保存多处过失加锁 ，，，这里以vsock_stream_setsockopt()函数补丁为例 ，，，如下图所示：


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补丁很精练 ，，，将第1564行代码移动到第1571行 ，，，中心就隔着第1569行代码：lock_sock(sk)。 。。。。。加锁前 ，，，vsk->transport已经赋值到transport变量中 ，，，这里爆发了一个引用 ，，，然后才举行lock_sock(sk)将sk锁定。 。。。。。可是vsk->transport会在多处被挪用甚至被释放 ，，，这就有可能通过条件竞争造成Use After Free。 。。。。。


触发历程


首先找到修改或释放vsk->transport的挪用路径 ，，，来看要害函数vsock_assign_transport()的实现。 。。。。。关于多传输模式 ，，，该函数用于凭证差别CID分派差别的传输通道。 。。。。。实现代码如下图所示：


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凭证sk->sk_type分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM ，，，在SOCK_STREAM中 ，，，分为三种传输通道。 。。。。。这里可以通过将CID设置为外地环回模式 ，，，获得transport_local传输通道。 。。。。。接下来如下图所示：


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若是vsk->transport不为空 ，，，则进入if语句。 。。。。。先判断vsk->transport是否即是new_transport ，，，若是即是直接返回 ，，，在触发历程中 ，，，要包管能走到vsock_deassign_transport()函数 ，，，该函数是析构函数 ，，，用于释放transport。 。。。。。如下代码所示：


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行411 ，，，挪用vsk->transport->destruct() ，，，要明确使用transport类型 ，，，前文已经确定使用transport_local。 。。。。。Transport_local为全局变量 ，，，会在vsock_core_register()函数中被初始化。 。。。。。该函数被挪用情形如下图所示：


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*_init()函数用来初始化transport的回调函数 ，，，凭证第二部分先容 ，，，vhost_vsock_init()、virtio_vsock_init()和vsock_loopback_init()函数为QEMU/KVM情形下的支持函数。 。。。。。我们发明transport->destruct()函数的最后实现都是统一个函数。 。。。。。如下图所示：


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该destruct()函数释放vsk->trans ，，，如下图所示：


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而vsk->trans指针是指向transport的。 。。。。。结构体vsock_sock界说如下所示：


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最终可以结构一个释放transport的函数路径为：vsock_stream_connect-> vsock_assign_transport->virtio_transport_destrcut。 。。。。。


找到了释放路径 ，，，下一步找使用路径 ，，，virtio_transport_notify_buffer_size()函数会使用transport。 。。。。。如下图所示：


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第492行 ，，，通过vsk->trans获取指向transport的指针 ，，，第497行 ，，，解引用vvs指针 ，，，对vvs->buf_alloc举行赋值。 。。。。。而挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数最终会被vsock_stream_setsockopt()函数挪用。 。。。。。最终可以结构一个使用transport的函数路径为：vsock_stream_setsockopt-> vsock_update_buffer_size->virtio_transport_notify_buffer_size。 。。。。。


接下来就是营造一个抢锁的条件竞争情形 ，，，很显着必需是connect()系统挪用先抢到锁对transport举行释放 ，，，然后再挪用setsockopt()才华触发误差。 。。。。。有开发职员提出使用userfaultfd机制先将lock_sock锁定 ，，，然后在去释放锁 ，，，举行条件竞争。 。。。。。误差触发历程如下图所示：


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蓝框中是connect()挪用历程 ，，，最后挪用virtio_transport_destruct()函数释放vsk->trans。 。。。。。红框中是setsockopt()挪用历程 ，，，挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数使用vvs ，，，该值是0xffff888107a74500 ，，，在0xffff888107a74500+0x28处会写入4字节。 。。。。。


参考链接：

[1]https://github.com/torvalds/linux/commit/d021c344051af91f42c5ba9fdedc176740cbd238

[2]https://static.sched.com/hosted_files/devconfcz2020a/b1/DevConf.CZ_2020_vsock_v1.1.pdf

[3]https://github.com/jordan9001/vsock_poc

[4]https://terenceli.github.io/%E6%8A%80%E6%9C%AF/2020/04/18/vsock-internals


南宫NG娱乐起劲防御实验室（ADLab）


ADLab建设于1999年 ，，，是中国清静行业最早建设的攻防手艺研究实验室之一 ，，，微软MAPP妄想焦点成员 ，，，“黑雀攻击”看法首推者。 。。。。。阻止现在 ，，，ADLab已通过CVE累计宣布清静误差近1100个 ，，，通过 CNVD/CNNVD累计宣布清静误差1000余个 ，，，一连坚持国际网络清静领域一流水准。 。。。。。实验室研究偏向涵盖操作系统与应用系统清静研究、智能终端清静研究、物联网智能装备清静研究、Web清静研究、工控系统清静研究、云清静研究。 。。。。。研究效果应用于产品焦点手艺研究、国家重点科技项目攻关、专业清静效劳等。 。。。。。


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