零基础挖掘Linux内核漏洞

一、简述

Syzkaller是Google开发的一款内核模糊测试工具，简单点说就是自动化向内核输入各种有效的、无效的、完全随机化的参数数据，并观察内核的运行状况，是否发生了panic、内存泄漏等问题，以此发现隐藏在内核中的漏洞。近些年很多内核的CVE发现均来自于此，该工具的开发维护也相对活跃。它不仅支持x86，还支持ARM、Power、MIPS等处理器，而且不仅支持Linux，还支持windows、FreeBSD、Fuchsia等系统，同时还能支持对远程物理机、本地虚拟机的测试，此外还能支持分布式多机器测试。

本篇文章侧重于使用，并无太多原理与代码分析，仅需一点linux使用基础即可，适合用于syzkaller入门，整个环境搭建和使用过程踩了很多坑，有不少是网上没提到的。

二、基础环境

image.png

三、环境搭建

3.1 Ubuntu虚拟机配置

Ubuntu虚拟机配置如下图所示，因为需要编译Linux内核与syzkaller所以内存尽量的设置大一些。

image.png

【一>所有资源获取<一】
1、网络安全学习路线
2、电子书籍（白帽子）
3、安全大厂内部视频
4、100份src文档
5、常见安全面试题
6、ctf大赛经典题目解析
7、全套工具包
8、应急响应笔记

Vmware自带的vmtools安装在Ubunut1804上不能与物理机之间互相拷贝文件可以尝试如下命令解决：

sudo apt update
sudo apt install open-vm-tools-desktop fuse

3.2 安装基本软件

sudo apt-get install debootstrap
sudo apt install qemu-kvm
sudo apt-get install subversion
sudo apt-get install git
sudo apt-get install make
sudo apt-get install qemu
sudo apt install libssl-dev libelf-dev
sudo apt-get install flex bison libc6-dev libc6-dev-i386 linux-libc-dev linux-libc-dev:i386 libgmp3-dev libmpfr-dev libmpc-dev
sudo apt-get install g++
sudo apt-get install build-essential
sudo apt install gcc
sudo apt install openssh-server

安装go编程语言并没有使用apt install golang-go，使用apt安装的go编程语言版本为1.10，使用这个版本的go会在编译syzkaller时报错，所以在这选择下载安装1.17版本的go。

wget https://dl.google.com/go/go1.17.6.linux-amd64.tar.gz
tar -zxvf go1.17.6.linux-amd64.tar.gz 
export GOPATH=/home/test/git/go/go //路径替换为自己虚拟机中的路径
export GOROOT=/home/test/git/go/go
export PATH=$GOPATH/bin:$PATH
export PATH=$GOROOT/bin:$PATH

运行go命令可以执行，即为安装成功。

3.3 编译syzkaller

使用下面的命令拉取编译syzkaller代码。

git clone https://github.com/google/syzkaller.git
cd syzkaller
make //这一步有可能会报错

如果出现卡死或killed process，使用dmesg | egrep -i -B100 'killed process'查看，如果为Out of memory即为内存不足。这时可以先使用如下命令单独编译第一个文件：

GOOS=linux GOARCH=amd64 go build "-ldflags=-s -w -X github.com/google/syzkaller/prog.GitRevision= -X 'github.com/google/syzkaller/prog.gitRevisionDate='" -o ./bin/syz-manager github.com/google/syzkaller/syz-manager

查看bin目录下是否有编译好的syz-manager文件：

image.png

继续使用make命令完成编译，如下图所示：

image.png

如果单独编译第一个文件之后还是存在内存不足的问题，可以通过添加swap分区解决。

dd if=/dev/zero of=/root/swapfile bs=1M count=1024 //创建要作为swap分区的文件:增加1GB大小的交换分区，则命令写法如下，其中的count等于想要的块的数量（bs*count=文件大小）。
mkswap /root/swapfile #建立swap的文件系统
swapon /root/swapfile #启用swap文件
/root/swapfile swap swap defaults 0 0 //使系统开机时自启用，在文件/etc/fstab中添加

3.4 编译Linux内核

git拉取linux代码：

git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/linux.git
cd linux

如果拉取代码的时候报证书校验错误如下图所示：

image.png

通过如下命令解决：

sudo apt update
sudo apt install -y libgnutls30

进入linux目录后使用如下命令进行配置：

make CC="/usr/bin/gcc" defconfig
make CC="/usr/bin/gcc" kvm_guest.config

image.png

配置完成后打开当前目录下的.config文件进行手动添加配置，添加内容如下：

CONFIG_KCOV=y
CONFIG_DEBUG_INFO=y
CONFIG_KASAN=y
CONFIG_KASAN_INLINE=y
CONFIG_CONFIGFS_FS=y
CONFIG_SECURITYFS=y

image.png

再执行如下命令：

make CC="/usr/bin/gcc" olddefconfig

如果出现如下图所示：

image.png

再次打开.config文件发现刚才添加的配置被删除了，那是因为配置文件中存在如下图所示：

image.png

重新执行olddefconfig之前的所有配置命令，然后在.config文件中，删除我们想添加配置的注释命令所在的行如：# CONFIG_KCOV is not set，最后在上面重新添加配置，然后执行make CC="/usr/bin/gcc" olddefconfig命令可以发现不会出现warning。

如果不删除在之后进行qemu虚拟化时会出现Failed to start Remount Root and Kernel File Systems的错误。

image.png

最后执行如下命令即可完成编译。

make CC="/usr/bin/gcc" -j64

image.png

3.5 制作文件系统

使用如下命令：

wget https://raw.githubusercontent.com/google/syzkaller/master/tools/create-image.sh -O create-image.sh
chmod +x create-image.sh
./create-image.sh

wget命令下载文件失败，可以直接浏览器访问拷贝一份也不影响使用。

image.png

可以看到目录下出现stretch.id_rsa、stretch.id_rsa.pub、stretch.img文件即为成功。

image.png

3.6 运行syzkall

这里需要打开Vmware虚拟机的虚拟化。

image.png

安装qemu虚拟工具。

sudo apt-get install qemu-system-x86

在当前目录创建boot.sh文件，文件内容如下：

qemu-system-x86_64 \
 -kernel linux/arch/x86/boot/bzImage \
 -append "console=ttyS0 root=/dev/sda debug earlyprintk=serial slub_debug=QUZ"\
 -hda ./stretch.img \
 -net user,hostfwd=tcp::10021-:22 -net nic   \
 -enable-kvm \
 -nographic \
 -m 2560M \
 -smp 2 \
 -pidfile vm.pid \
 2>&1 | tee vm.log

运行boot.sh，出现Failed to start Remount Root and Kernel File Systems是上面配置文件没配置好，出现不能访问KVM为虚拟机设置问题。

运行qemu虚拟机有登录提示输入root如下图所示，无密码登录。

image.png

在Vmware虚拟机使用如下命令，以是否能登录qemu虚拟机判断qemu虚拟机的ssh服务是否成功启动（syzkaller需要使用ssh）。

ssh -i stretch.id_rsa -p 10021 -o "StrictHostKeyChecking no" root@localhost

进入之前下载的syzkaller目录，创建my.cfg配置文件，文件内容如下：

{
    "target": "linux/amd64",
    "http": "127.0.0.1:56741",
    "workdir": "/home/test/git/syzkaller/workdir",
    "kernel_obj": "/home/test/git/linux",
    "image": "/home/test/git/stretch.img",
    "sshkey": "/home/test/git/stretch.id_rsa",
    "syzkaller": "/home/test/git/syzkaller",
    "procs": 8,
    "type": "qemu",
    "vm": {
        "count": 4,
        "kernel": "/home/test/git/linux/arch/x86/boot/bzImage",
        "cpu": 2,
        "mem": 2048
    }
}

使用./bin/syz-manager -config my.cfg命令运行。运行时稍微有些慢需要等待一下。

image.png

四、解决Failed to start Raise network interfaces错误

执行syz-manager或qemu模拟运行的时候经常会出现Failed to start Raise network interfaces错误。

执行boot.sh脚本，运行起虚拟机，执行ifconfig命令，发现不存在此命令。

image.png

目前qemu虚拟机ping不通外网不能使用apt命令进行安装，所以这里选择下载net-tools离线包编译好，拷贝进qemu虚拟机。

qemu虚拟机初始有默认的ip为10.0.2.15，同时也会初始化物理机ip为10.0.2.2。

image.png

可以使用如下命令进行文件拷贝操作：

ip link set enp0s3 up
scp -r test@10.0.2.2:/home/test/Desktop/net-tools-2.10 ./

拷贝完成后就可以执行ifconfig命令了，如下图所示：

image.png

当使用boot.sh脚本运行qemu虚拟机，出现报错Failed to start Raise network interfaces的时候，再次执行ifconfig命令发现只存在lo网卡、enp0s3网卡未启动或未分配ip地址。进行删除qemu虚拟机中的/etc/network/interfaces文件，新建interfaces文件，文件内容如下，拷贝到到qemu虚拟机/etc/network/interfaces路径。

auto eth0
iface eth0 inet dhcp

auto enp0s3
iface enp0s3 inet dhcp

多次使用boot.sh启动qemu虚拟机，有时报错Failed to start Raise network interfaces，然后使用ifconfig命令查看结果依旧存在ip地址。

本机网卡名不为eth0可以使用如下命令进行更改：

ip link set ens33 down
ip link set ens33 name eth0
ip link set eth0 up

再次使用syzkaller 进行fuzz，效果会好很多，至于根本原因笔者目前也并未分析源码，以后可能会更新。

image.png

五、fuzz Linux驱动程序

5.1 编译驱动

在test.c中存在一个堆溢出的demo：

image.png

编译内核模块的时候，涉及到一个linux header的问题。（比如说我在5.4.0的系统下编译5.17的驱动）所以这里的Makefile如下：

CONFIG_MODULE_SIG=n

obj-m += test.o

EXTRA_CFLAGS += -fno-stack-protector -no-pie
all:
  make -C /lib/modules/5.17.0-rc3-00316-gb81b1829e7e3/build M=$(PWD) modules

创建目录test，将test.c和Makefile拷贝到目录下，运行make命令。

image.png

如果找不到
/lib/modules/5.17.0-rc3-00316-gb81b1829e7e3路径，在linux源代码目录下执行make modules_install /lib/module命令即可。

将test.c拷贝到linux/drivers/char目录下：

image.png

在char目录下的Kconfig文件中添加如下配置：

config TEST_MODULE
        tristate "Heap Overflow Test"
        default y
        help
          This file is to test a buffer overflow.

在char目录下的Makefile中添加obj-$(CONFIG_TEST_MODULE) += test.o。

进入linux源码目录重新make，编译后使用boot.sh启动虚拟机，进入proc目录，可以看到test，表明成功编译代码并加载。

image.png

5.2 添加syzkaller规则

进入syzkaller/sys/linux/目录，新建proc_operation.txt，文件内容如下所示：

include <linux/fs.h>

open$proc(file ptr[in, string["/proc/test"]], flags flags[proc_open_flags], mode flags[proc_open_mode]) fd
read$proc(fd fd, buf buffer[out], count len[buf])
write$proc(fd fd, buf buffer[in], count len[buf])
close$proc(fd fd)

proc_open_flags = O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_APPEND, FASYNC, O_CLOEXEC, O_CREAT, O_DIRECT, O_DIRECTORY, O_EXCL, O_LARGEFILE, O_NOATIME, O_NOCTTY, O_NOFOLLOW, O_NONBLOCK, O_PATH, O_SYNC, O_TRUNC, __O_TMPFILE
proc_open_mode = S_IRUSR, S_IWUSR, S_IXUSR, S_IRGRP, S_IWGRP, S_IXGRP, S_IROTH, S_IWOTH, S_IXOTH

回到syzkaller目录，编译syz-extract和syz-sysgen：

make bin/syz-extract
make bin/syz-sysgen

使用syz-extract生成.const文件：

bin/syz-extract -os linux -sourcedir "/home/test/git/linux" -arch amd64 proc_operation.txt

生成了proc_operation.txt.const内容如下：

image.png

接下来执行如下命令：

bin/syz-sysgen
make clean
make //这里参考上面

修改my.cfg文件，在其中加上如下字段：

"enable_syscalls": [
                "open$proc",
                "read$proc",
                "write$proc",
                "close$proc"
],

5.3 fuzz linux 驱动程序

使用bin/syz-manager -config my.cfg命令：

image.png image.png image.png image.png

syzkaller将其识别为空指针解引用错误。

六、总结

从使用体验来讲这个框架进行漏洞发掘还是存在一定难度，尤其对一些具有复杂接口的内核模块来说更是如此，并且是使用go编写的增加了学习成本，但它确实挖出了不少漏洞值得学习。