Linux内核中如何添加新功能隐藏进程地址空间内存不被窃取
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首先看怎样能获取其它进程地址空间的内存,答案是ptrace毫无疑问了,其它比如使用crash工具,利用系统漏洞,插入模块等邪门方法不在本篇讨论范围之内。
上例子:test.c
#define handle_error(msg) \ do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0) int main(void) { char *p; char const str[] = "Jeff Xie\n"; p = malloc(sizeof(str)); if (!p) handle_error("malloc"); printf("p:0x%llx\n", p); memcpy(p, str, sizeof(str)); printf("str:%s\n", p); sleep(10000); return 0; }
地址: https://github.com/x-lugoo/hide-memory
上面例子test.c中只是非常单纯的malloc了一块区域(堆区),然后保存了一个字符串.
terminal 1:
#gcc test.c #./a.out p:0xd3d260 str:Jeff Xie
terminal 2:
#ps -C a.out PID TTY TIME CMD 19145 pts/4 00:00:00 a.out #cat /proc/19145/maps 00400000-00401000 r-xp /home/jeff/a.out 00600000-00601000 r--p /home/jeff/a.out 00601000-00602000 rw-p /home/jeff/a.out 00d3d000-00d5e000 rw-p [heap]
可以看到0xd3d260 在heap区域范围内,使用readmem就可以简单粗暴的读出了进程19145(a.out)的0xd3d260 向后十个字节的内容.
terminal 2:
#readmem 19145 0xd3d260 10 Jeff Xie
程序readmem使用ptrace功能实现,代码见:
https://github.com/x-lugoo/hide-memory/tree/main/ptrace
如果进程19145保存的不是一个普通的字符串,而是某位皇帝留下的千年宝藏的地址,或者里面的信息关系到整个公司的命脉,如果被nice值不高的人获取了,后果可想而知。
最近有人(前辈)在linux内核社区提交了一个patch,解决了这个问题,我把整个patch简化了一些。
原始patch:
https://lore.kernel.org/linux-fsdevel/20201203062949.5484-1-rppt@kernel.org/T/#t
被我简化后:
https://github.com/x-lugoo/hide-memory/blob/main/hidemem/0001-hidemem-Initialization-version.patc
此patch实现的原理:
新增一个系统调用memfd_hide, 当用户使用这个系统调用时,会返回一个fd, 进而使用mmap(...fd...),map一段内存,此段内存将是安全的,其它人不能通过ptrace获取。
--- a/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl +++ b/arch/x86/entry/syscalls/syscall_64.tbl @@ -362,6 +362,7 @@ 438 common pidfd_getfd sys_pidfd_getfd 439 common faccessat2 sys_faccessat2 440 common process_madvise sys_process_madvise +441 common memfd_hide sys_memfd_hide SYSCALL_DEFINE1(memfd_hide, unsigned long, flags) { struct file *file; int fd, err; fd = get_unused_fd_flags(flags & O_CLOEXEC); file = hidemem_file_create(flags); fd_install(fd, file); return fd; }
当用户调用441号系统调用时,系统会返回一个fd,例如用户层这样调用:
#define __NR_memfd_hide 441 static int memfd_secret(unsigned long flags) { return syscall(__NR_memfd_hide, flags); } fd = memfd_secret(0);
fd_install 做了以下操作,把fd和当前进程关联起来.
struct fdtable *fdt; struct task_struct { ... struct files_struct *files; } fdt = current->files->fdt; fdt->fd[fd] = file;
hidemem_file_create 最终是返回了一个struct file, 但是做的一个很重要的动作是初始化一系列回调函数,让用户调用mmap和memcpy时,在发生page fault时进行合适的动作,比如调用alloc_page(gfp)申请一块内存.
fd = memfd_secret(0); p = mmap(NULL, 4096, prot, mode, fd, 0); memcpy(p, str, sizeof(str));
追随以下绿色标记 可以很好理清函数调用关系:
static struct file *hidemem_file_create(unsigned long flags) { struct file *file = ERR_PTR(-ENOMEM); struct inode *inode; inode = alloc_anon_inode(hidemem_mnt->mnt_sb); file = alloc_file_pseudo(inode, hidemem_mnt, "hidemem", O_RDWR, &hidemem_fops); inode->i_mapping->a_ops = &hidemem_aops; static const struct file_operations hidemem_fops = { .release = hidemem_release, .mmap = hidemem_mmap, }; static int hidemem_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct *vma) { vma->vm_ops = &hidemem_vm_ops; vma->vm_flags |= VM_LOCKED; } static const struct vm_operations_struct hidemem_vm_ops = { .fault = hidemem_fault, }; static vm_fault_t hidemem_fault(struct vm_fault *vmf) { struct address_space *mapping = vmf->vma->vm_file->f_mapping; vm_fault_t ret = 0; struct page *page; int err; page = find_get_page(mapping, offset); if (!page) { page = hidemem_alloc_page(vmf->gfp_mask); err = add_to_page_cache(page, mapping, offset, vmf->gfp_mask); } vmf->page = page; }
static struct page *hidemem_alloc_page(gfp_t gfp) { return alloc_page(gfp); }
回到怎样隐藏进程空间的问题上:
当其它进程使用ptrace功能获取指定进程地址空间内容时,会调用到check_vma_flags(), 此时加上一个条件判断,如果此段vma(/proc/pid/maps中的每一列地址范围属于一个vma)属于hidemem, 直接返回错误.
static int check_vma_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long gup_flags) { vm_flags_t vm_flags = vma->vm_flags; @@ -923,6 +925,9 @@ static int check_vma_flags(struct vm_area_struct *vma, unsigned long gup_flags) if (gup_flags & FOLL_ANON && !vma_is_anonymous(vma)) return -EFAULT; + if (vma_is_hidemem(vma)) + return -EFAULT; + if (write) { if (!(vm_flags & VM_WRITE)) { if (!(gup_flags & FOLL_FORCE))
static const struct vm_operations_struct hidemem_vm_ops = { .fault = hidemem_fault, }; bool vma_is_hidemem(struct vm_area_struct *vma) { return vma->vm_ops == &hidemem_vm_ops; }
加上vma_is_hidemem(vma)判断之后,此时如果使用readmem利用ptrace获取指定进程内存段的时候,会直接报错,以达到隐藏vma背后page内容的目的。
以上patch和测试代码都在:
https://github.com/x-lugoo/hide-memory
原始patch:
https://lore.kernel.org/linux-fsdevel/20201203062949.5484-1-rppt@kernel.org/T/#t
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