突破Linux内核模块校验机制

http://notes.zerobox.org/show-396-1.html

1、 为什么要突破模块验证
Linux内核版本很多，升级很快，2个小内核版本中内核函数的定义可能都不一样，为了确保不一致的驱动程序导致kernel oops， 开发者加入了模块验证机制。它在加载内核模块的时候对模块进行校验， 如果模块与主机的一些环境不一致，就会加载不成功。
看下面一个例子，它简单的输出当期系统中的模块列表：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/version.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/list.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wzt");

struct module *m = &__this_module;

int print_module_test(void)
{
struct module *mod;

list_for_each_entry(mod, &m->list, list) {
printk("%s/n", mod->name);
}
return NULL;
}

static int list_print_init(void)
{
printk("load list_print module./n");

print_module_test();

return 0;
}

static void list_print_exit(void)
{
printk("unload list_print module./n");
}

module_init(list_print_init);
module_exit(list_print_exit);

我们在centos5.3环境中编译一下：
[root@localhost list]# uname -a
Linux localhost.localdomain 2.6.18-128.el5 #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2009 i686 i686 i386 GNU/Linux
然后拷贝到另一台主机centos5.1xen上：
[root@localhost ~]# uname -a
Linux localhost.localdomain 2.6.18-53.el5xen #1 SMP Mon Nov 12 03:26:12 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux

用insmod加载：
[root@localhost ~]# insmod list.ko
insmod: error inserting 'list.ko': -1 Invalid module format
报错了，在看下dmesg的信息：
[root@localhost ~]# dmesg|tail -n 1
list: disagrees about version of symbol struct_module
先不管这是什么， 总之我们的模块在另一台2.6.18的主机中加载失败。 通常的做法是要在主机中对源代码进行编译，然后才能加载成功， 但是如果主机中缺少内核编译环境的话， 我们的rootkit就不能编译， 也不能安装在主机之中，这是多么尴尬的事情:)。 没错， 这就是linux kernel开发的特点， 你别指望像windows驱动一样，编译一个驱动， 然后可以满世界去装^_^. 一些rootkit开发者抛弃了lkm类型rk的开发， 转而去打kmem, mem的注意，像sk，moodnt这样的rk大家都喜欢， 可以在用户层下动态patch内核，不需要编译环境， wget下来，install即可。 但是它也有很多缺点，比如很不稳定，而且在2.6.x后内核已经取消了kmem这个设备， mem文件也做了映射和读写的限制。 rk开发者没法继续sk的神话了。反过来， 如果我们的lkm后门不需要编译环境，也可以达到直接insmod的目的，这是件多么美好的事情，而且lkm后门更加稳定，还不用像sk在内核中添加了很 多自己的数据结构。

2、内核是怎么实现的
我们去看看内核在加载模块的时候都干了什么， 或许我们可以发现点bug， 然后做点手脚，欺骗过去：）
grep下dmesg里的关键字， 看看它在哪个文件中：
[root@localhost linux-2.6.18]# grep -r -i 'disagrees about' kernel/
kernel/module.c: printk("%s: disagrees about version of symbol %s/n",

2.6.18/kernel/module.c:
insmod调用了sys_init_module这个系统调用, 然后进入load_module这个主函数，它解析elf格式的ko文件，然后加载到内核中：

/* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always
zero, and we rely on this for optional sections. */
static struct module *load_module(void __user *umod,
unsigned long len,
const char __user *uargs)
{
...
if (!check_modstruct_version(sechdrs, versindex, mod)) {
err = -ENOEXEC;
goto free_hdr;
}

modmagic = get_modinfo(sechdrs, infoindex, "vermagic");
/* This is allowed: modprobe --force will invalidate it. */
if (!modmagic) {
add_taint(TAINT_FORCED_MODULE);
printk(KERN_WARNING "%s: no version magic, tainting kernel./n",
mod->name);
} else if (!same_magic(modmagic, vermagic)) {
printk(KERN_ERR "%s: version magic '%s' should be '%s'/n",
mod->name, modmagic, vermagic);
err = -ENOEXEC;
goto free_hdr;
}
...
}
check_modstruct_version就是用来计算模块符号的一些crc值，不相同就会出现我们在dmesg里看到的
“disagrees about version of symbol”信息。 get_modinfo取得了内核本身的vermagic值，然后用same_magic
函数和内核的vermagic去比较，不同也会使内核加载失败。 所以在这里，我们看到内核对模块验证的时候采用了2层验证的方法：模块crc值和vermagic检查。

继续跟踪check_modstruct_version， 现在的内核默认的都开启了CONFIG_MODVERSIONS， 如果没有指定这个选项，函数为空，我们的目的是要在As, Centos下安装模块，redhat不是吃干饭的， 当然开了MODVERSIONS选项。
static inline int check_modstruct_version(Elf_Shdr *sechdrs,
unsigned int versindex,
struct module *mod)
{
const unsigned long *crc;
struct module *owner;

if (!__find_symbol("struct_module", &owner, &crc, 1))
BUG();
return check_version(sechdrs, versindex, "struct_module", mod,
crc);
}
__find_symbol找到了struct_module这个符号的crc值，然后调用check_version去校验：
static int check_version(Elf_Shdr *sechdrs,
unsigned int versindex,
const char *symname,
struct module *mod,
const unsigned long *crc)
{
unsigned int i, num_versions;
struct modversion_info *versions;

/* Exporting module didn't supply crcs? OK, we're already tainted. */
if (!crc)
return 1;

versions = (void *) sechdrs[versindex].sh_addr;
num_versions = sechdrs[versindex].sh_size
/ sizeof(struct modversion_info);

for (i = 0; i < num_versions; i++) {
if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
continue;

if (versions[i].crc == *crc)
return 1;
printk("%s: disagrees about version of symbol %s/n",
mod->name, symname);
DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX/n",
*crc, versions[i].crc);
return 0;
}
/* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */
if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) {
printk("%s: no version for /"%s/" found: kernel tainted./n",
mod->name, symname);
add_taint(TAINT_FORCED_MODULE);
}
return 1;
}
它搜寻elf的versions小节， 循环遍历数组中的每个符号表，找到struct_module这个符号，然后去比较crc的值。现在有个疑问， versions小节是怎么链接到模块的elf文件中去的呢? 在看下编译后的生成文件， 有一个list.mod.c
[root@localhost list]# cat list.mod.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/vermagic.h>
#include <linux/compiler.h>

MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);

struct module __this_module
__attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
.name = KBUILD_MODNAME,
.init = init_module,
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
.exit = cleanup_module,
#endif
};

static const struct modversion_info ____versions[]
__attribute_used__
__attribute__((section("__versions"))) = {
{ 0x89e24b9c, "struct_module" },
{ 0x1b7d4074, "printk" },
};

static const char __module_depends[]
__attribute_used__
__attribute__((section(".modinfo"))) =
"depends=";

MODULE_INFO(srcversion, "26DB52D8A56205333D414B9");
这个文件是模块在编译的时候，调用了linux-2.6.18/scripts/modpost这个文件生成的。里面增加了2个小 节.gnu.linkonce.this_module和__versions。 __versions小节的内容就是一些字符串和值组成的数组，check_version就是解析这个小节去做验证。 这里还有一个MODULE_INFO宏用来生成模块的magic字符串，这个在以后的vermagic中要做验证。

先看下vermagic的格式：
[root@localhost list]# modinfo list.ko
filename: list.ko
author: wzt
license: GPL
srcversion: 26DB52D8A56205333D414B9
depends:
vermagic: 2.6.18-128.el5 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1

这里可以看到vermagic跟内核版本，smp，gcc版本，内核堆栈大小都有关。

/* First part is kernel version, which we ignore. */
static inline int same_magic(const char *amagic, const char *bmagic)
{
amagic += strcspn(amagic, " ");
bmagic += strcspn(bmagic, " ");
return strcmp(amagic, bmagic) == 0;
}
same_magic忽略了对内核版本的判断， 直接比较后面的值。

3、怎样去突破

知道了内核是怎么实现的了， 下面开始想办法绕过这些验证：）

3.1 怎么突破crc验证：

在仔细看下代码：
for (i = 0; i < num_versions; i++) {
if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
continue;

if (versions[i].crc == *crc)
return 1;
printk("%s: disagrees about version of symbol %s/n",
mod->name, symname);
DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX/n",
*crc, versions[i].crc);
return 0;
}
/* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */
if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) {
printk("%s: no version for /"%s/" found: kernel tainted./n",
mod->name, symname);
add_taint(TAINT_FORCED_MODULE);
}
return 1;
check_version在循环中只是在寻找struct_module符号， 如果没找到呢？ 它会直接返回1！ 没错， 这是一个逻辑bug，在正常情况下，module必会有一个struct_module的符号， 这是modpost生成的。如果我们修改elf文件，把struct_module这个符号改名，岂不是就可以绕过crc验证了吗？ 先做个实验看下：
.mod.c是由modpost这个工具生成的， 它在linux-2.6.18/scripts/Makefile.modpost文件中被调用， 去看下：
PHONY += __modpost
__modpost: $(wildcard vmlinux) $(modules:.ko=.o) FORCE
$(call cmd,modpost)

我们用一个很土的方法， 就是在编译模块的时候，modpost生成.mod.c文件后， 暂停下编译，sleep 30秒吧，我们用这个时间去改写下.mod.c， 把struct_module换个名字。
PHONY += __modpost
__modpost: $(wildcard vmlinux) $(modules:.ko=.o) FORCE
$(call cmd,modpost)
@sleep 30
随便将struct_module改个名：
[root@localhost list]# cat list.mod.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/vermagic.h>
#include <linux/compiler.h>

MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING);

struct module __this_module
__attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = {
.name = KBUILD_MODNAME,
.init = init_module,
#ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD
.exit = cleanup_module,
#endif
};

static const struct modversion_info ____versions[]
__attribute_used__
__attribute__((section("__versions"))) = {
{ 0x89e24b9c, "stauct_module" },
{ 0x1b7d4074, "printk" },
};

static const char __module_depends[]
__attribute_used__
__attribute__((section(".modinfo"))) =
"depends=";

MODULE_INFO(srcversion, "26DB52D8A56205333D414B9");

我们是在centos5.3下编译的， 然后拷贝到centos5.1下， 在执行下insmod看下：
[root@localhost ~]# insmod list.ko
[root@localhost ~]# dmesg|tail
ata_piix
libata
sd_mod
scsi_mod
ext3
jbd
ehci_hcd
ohci_hcd
uhci_hcd
成功了！ 这跟我们预期的一样， 我们用这个逻辑bug绕过了模块的crc验证！ 这个bug直到2.6.31版本中
才得到修正。 我们可以用这种方法在redhat主机中任意安装模块了。 那么怎样绕过在2.6.31以后的内核呢？
看下它是怎么修补的：
for (i = 0; i < num_versions; i++) {
if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0)
continue;

if (versions[i].crc == *crc)
return 1;
DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX/n",
*crc, versions[i].crc);
goto bad_version;
}

printk(KERN_WARNING "%s: no symbol version for %s/n",
mod->name, symname);
return 0;

bad_version:
printk("%s: disagrees about version of symbol %s/n",
mod->name, symname);

return 0;

如果没找到struct_module也会返回0， 这样我们就必须将struct_module的值改为正确后， 才能继续安装。
如何找到模块符号的crc值呢? 我们可以去找目标主机中那些已被系统加载的模块的crc值，如ext3文件系统
的模块， 自己写个程序去解析elf文件， 就可以得到某些符号的crc值了。

还有没有更简单的方法呢？去/boot目录下看看，symvers-2.6.18-128.el5.gz貌似和crc有关，gunzip解压后看看：
[root@localhost boot]# grep 'struct_module' symvers-2.6.18-128.el5
0x89e24b9c struct_module vmlinux EXPORT_SYMBOL
原来内核中所有符号的crc值都保存在这个文件中。如何改写struct_module的值呢，可以用上面那个土方法，
或者自己写程序去解析elf文件， 然后改写其值。本文最后附上一个小程序用来修改elf的符号和crc值。

3.2 如何突破vermagic验证：
如果我们用list.mod.c中的做法， 用MODULE_INFO宏来生成一个与目标主机相同的vermagic呢？ 答案是
否定的，gcc链接的时候会把modinfo小节链接在最后，加载模块的时候还是会读取第一个.modinfo小节。
我们可以用上面那种很土的方法， 先用modinfo命令得到目标主机中某个模块的信息：
[root@localhost list]# modinfo /lib/modules/2.6.18-128.el5/kernel/fs/ext3/ext3.ko
filename: /lib/modules/2.6.18-128.el5/kernel/fs/ext3/ext3.ko
license: GPL
description: Second Extended Filesystem with journaling extensions
author: Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger, Theodore Ts'o and others
srcversion: B048AC103E5034604A721C5
depends: jbd
vermagic: 2.6.18-128.el5 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1
module_sig: 883f3504977495e4f3f897cd3dced211288209f551cc1da557f96ea18d9a4efd6cfb0fc2612e009c8845fd776c825d586f492ceab19e17b2319da8f
然后在用那个很土的方面， 将.mod.c中vermagic值进行修改。还有一种直接修改elf文件的方法，附录在本文后面。

4、总结
前面有一点没有提到， 就是某些内核版本的相同接口的函数代码可能已经变化， 这样在使用这项技术的时候， 最好在同一个大内核版本使用。你也可能感觉要想跨平台安装模块有些麻烦， 这里还有2个方法， 作为一个专业搞渗透的人来说，他会自己在本地装很多发行版本的linux，特别是root掉一台主机后，会在本地装一个一模一样的发行版本，smp、 kernel stack size、gcc version都一样。在本地机器装上开发环境，这样编译出来的模块也是可以直接装到目标主机上的，但这很麻烦，因为linux有太多的发行版本了：）， 另一个方法就是自己装一个linux，编译下内核，然后将build后的开发包集成到自己的后门里， 压缩后大概几m。 然后传到主机去解压，编译。庆幸的是，现在大多数主机中都有内核开发环境， 直接去主机编译就ok了。