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模�？？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套接字模�？？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


918博天堂起劲防御实验室（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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