android su 授权分析

作者: 夏日之暮 | 来源:发表于2020-05-30 23:25 被阅读0次

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root 原理

root的本质就是在系统中植入一个带s位的，owner 用户为root，并且普通用户有可执行权限的 su 文件：

chiron:/ $ ll /system/xbin/su
-rwsr-x--x 1 root shell 1370576 2019-06-19 13:32 /system/xbin/su

带 s 位是为了让任何用户执行 su 起来的进程的uid 是 root；
一般 root 工具把 su 植入后，还有个 app 来管理授权，当有app执行 su 尝试取得 root 权限时， su 会询问 app 是否给与授权。
接下来我们分别来分析 su 这个可执行文件，然后再看 su 是怎么和权限管理 app 交互的。

su

可执行文件 /system/xbin/su 有2种启动模式

第一种： daemon 模式启动，通过 init的配置启动，起来后监听客户端发送过来的请求：

external/koush/Superuser/init.superuser.rc

# su daemon
service su_daemon /system/xbin/su --daemon
    seclabel u:r:su:s0
    oneshot

int main(int argc, char *argv[]) {
    return su_main(argc, argv, 1);
}

int su_main(int argc, char *argv[], int need_client) {
     // start up in daemon mode if prompted
    if (argc == 2 && strcmp(argv[1], "--daemon") == 0) {
        return run_daemon();
    }
    ...
}

int run_daemon() {
    ...
    if (bind(fd, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun)) < 0) {
        PLOGE("daemon bind");
        goto err;
    }
    
    if (listen(fd, 10) < 0) {
        PLOGE("daemon listen");
        goto err;
    }
        
    int client;
    while ((client = accept(fd, NULL, NULL)) > 0) {
        if (fork_zero_fucks() == 0) { // fork 一个孙进程并让 init 领养
            close(fd);
            return daemon_accept(client); // 被 init 领养的孙进程
        } else {
            close(client);
        }
    }
    ...
}

另外一种是客户端模式启动，也就是其他app要请求 root 权限时执行 su 这种场景。这种启动模式，启动后解析参数，把参数发送给 daemon ：

int su_main(int argc, char *argv[], int need_client) {
    // start up in daemon mode if prompted
    if (argc == 2 && strcmp(argv[1], "--daemon") == 0) {
        return run_daemon();
    }
    ...//参数解析部分省略
    if (need_client) {
        // attempt to use the daemon client if not root,
        // or this is api 18 and adb shell (/data is not readable even as root)
        // or just always use it on API 19+ (ART)
        if ((geteuid() != AID_ROOT && getuid() != AID_ROOT) ||
            (get_api_version() >= 18 && getuid() == AID_SHELL) ||
            get_api_version() >= 19) {
            // attempt to connect to daemon...
            LOGD("starting daemon client %d %d", getuid(), geteuid());
            return connect_daemon(argc, argv, ppid);
        }
    }
    ...
}

授权过程

客户端执行 su 后，会把请求参数通过 socket 发送给 daemon ，发送的内容除了参数外，还发送了 STDIN_FILENO STDOUT_FILENO STDERR_FILENO 这些标准输入输出文件句柄，这样 daemon 这边代理执行目标命令时，能够把结果输送回客户端进程；

su --daemon 收到请求后，会 fork 一个孙进程让 init 进程领养，这个孙进程解析请求参数后，再 fork 一个子进程来最终执行目标命令。

static int daemon_accept(int fd) {
    .../读取并解析参数
    write_int(fd, 1); //ack
    int child = fork();
    if (child != 0) {
        ...
        return code;
    }
    
    close (fd);

    // Become session leader
    if (setsid() == (pid_t) -1) {
        PLOGE("setsid");
    }
    ...
    return run_daemon_child(infd, outfd, errfd, argc, argv);
}

static int run_daemon_child(int infd, int outfd, int errfd, int argc, char** argv) {
    ...
    return su_main(argc, argv, 0);
}

su_main 里面决定给客户端 su 权限后，调用allow 来做最终的授权。设置好目标用户的uid和gid 后通过 execvp 系统调用执行最终的请求命令：

static __attribute__ ((noreturn)) void allow(struct su_context *ctx) {
    .../解析参数
    populate_environment(ctx);
    set_identity(ctx->to.uid);
    ...
    execvp(binary, ctx->to.argv + argc);
    ...
}

void set_identity(unsigned int uid) {
    /*
     * Set effective uid back to root, otherwise setres[ug]id will fail
     * if uid isn't root.
     */
    if (seteuid(0)) {
        PLOGE("seteuid (root)");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (setresgid(uid, uid, uid)) {
        PLOGE("setresgid (%u)", uid);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if (setresuid(uid, uid, uid)) {
        PLOGE("setresuid (%u)", uid);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
}

最后看个例子，执行 adb shell 后进入普通用户权限的shell控制台，在里面执行 su root ./test.sh，后进程的关系如下：

shell        27483     1 0 20:14:27 ?     00:00:00 adbd --root_seclabel=u:r:su:s0
shell        30009 27483 0 20:40:37 pts/3 00:00:00 sh -
root         30018 30009 0 20:40:49 136:3 00:00:00 su root ./test.sh
root         30019 30018 0 20:40:49 136:3 00:00:00 su root ./test.sh
root         30024     1 0 20:40:49 ?     00:00:00 su --daemon
root         30032 30024 0 20:40:49 136:4 00:00:00 su --daemon
root         30037 30032 0 20:40:49 136:4 00:00:00 sh ./test.sh

Apk 部分

在 android-x86 中， Settings(packages/apps/Settings) 通过引入 koush 这个第三方库来实现 su 权限的管理：

Settings 的 Android.mk:

LOCAL_SRC_FILES := $(call all-java-files-under, src) \
$(call all-java-files-under,../../../external/koush/Widgets/Widgets/src) \
$(call all-java-files-under,../../../external/koush/Superuser/Superuser/src)

su daemon 在决定是否给客户端授权时有个查库过程，这个数据库正是 apk 管理的： /data/data/$pkg/databases/su.sqlite：

policy_t database_check(struct su_context *ctx) {
    sqlite3 *db = NULL;
        
    char query[512];
    snprintf(query, sizeof(query), "select policy, until, command from uid_policy where uid=%d", ctx->from.uid);
    int ret = sqlite3_open_v2(ctx->user.database_path, &db, SQLITE_OPEN_READONLY, NULL);
    ...
    int result;
    char *err = NULL;
    struct callback_data_t data;
    data.ctx = ctx;
    data.policy = INTERACTIVE;
    ret = sqlite3_exec(db, query, database_callback, &data, &err);
    sqlite3_close(db);
    if (err != NULL) {
        LOGE("sqlite3_exec: %s", err);
        return DENY;
    }
        
    return data.policy;
}

从上面代码看出，当一个客户端请求 su 权限时，如果这个数据库文件不再，或者没有对应这个客户端的授权记录，默认为 INTERACTIVE，也就是会弹窗询问。询问过程大致是：

su daemone 创建一个 sever 端的 socket，通过 am 命令启动 com.koushikdutta.superuser.RequestActivity 并把socket 路径传递过去；

RequestActivity 启动后，连上 daemon 的 socket，daemon 把 su 申请信息发送过去：

static int socket_send_request(int fd, const struct su_context *ctx) {
    ...
    write_token(fd, "version", PROTO_VERSION);
    write_token(fd, "binary.version", VERSION_CODE);
    write_token(fd, "pid", ctx->from.pid);
    write_string_data(fd, "from.name", ctx->from.name);
    write_string_data(fd, "to.name", ctx->to.name);
    write_token(fd, "from.uid", ctx->from.uid);
    write_token(fd, "to.uid", ctx->to.uid);
    write_string_data(fd, "from.bin", ctx->from.bin);
    // TODO: Fix issue where not using -c does not result a in a command
    write_string_data(fd, "command", get_command(&ctx->to));
    write_token(fd, "eof", PROTO_VERSION);
    ...
}

RequestActivity 拿到这些数据后，根据这些信息决定是不是直接拒绝、授权或者弹窗让用户来决定。最终判决下来后，把结果保存到刚才那个数据库中，并回复 daemon 判决结果：

void handleAction(boolean action, Integer until) {
    ...
    try {
        mSocket.getOutputStream().write((action ? "socket:ALLOW" : "socket:DENY").getBytes());
    }
    catch (Exception ex) {
    }
    try {
        ...
            UidPolicy policy = new UidPolicy();
            policy.policy = action ? UidPolicy.ALLOW : UidPolicy.DENY;
            policy.uid = mCallerUid;
            policy.command = null;
            policy.until = until;
            policy.desiredUid = mDesiredUid;
            SuDatabaseHelper.setPolicy(this, policy);
        ...
    }
    catch (Exception ex) {
    }
    finish();
}

daemon 拿到判决结果后，根据结果执行 allow 或者 deny。不论是 allow 或者 deny ，最终都会通知 apk 里面的 com.koushikdutta.superuser.SuReceiver， apk 在这里可以弹一些对应的toast或者输出一些日志。

int send_result(struct su_context *ctx, policy_t policy) {
    ...
    char *result_command[] = {
        AM_PATH,
        ACTION_RESULT,//SuReciver
        "--ei",
        "binary_version",
        binary_version,
        "--es",
        "from_name",
        ctx->from.name,
        "--es",
        "desired_name",
        ctx->to.name,
        "--ei",
        "uid",
        uid,
        "--ei",
        "desired_uid",
        desired_uid,
        "--es",
        "command",
        get_command(&ctx->to),
        "--es",
        "action",
        policy == ALLOW ? "allow" : "deny",
        user[0] ? "--user" : NULL,
        user,
        NULL
    };
    return silent_run(result_command);
}

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