sudo堆溢出漏洞分析（CVE-2021-3156）

本文译自：https://www.kalmarunionen.dk/writeups/sudo/

介绍

2021年1月26日，sudo被曝存在一个“新”漏洞，但是实际上这个漏洞可能已经存在10年了。该漏洞可以使攻击者通过堆缓冲区溢出来进行权限提升。但是漏洞发布并没有exploit/POC，笔者所以决定自己构建一个。

 

脆弱性

简要介绍该漏洞，本质上攻击者可以通过在给sudo的任何argv或env参数的末尾插入一个反斜杠来让堆溢出，从而导致参数超出范围，来看一下简化版本的代码片段。

第一个for循环中，正在遍历每个参数，并使用strlen判断其大小(加上空终止符)，现在我们假设有空字符串“AAAA\”（\是一个字符），大小为5，并且加上这是唯一的参数，仅分配5个字节。

在下一部分中，我们将有一个用于参数的外部for循环和一个将所有参数的内容复制到单个缓冲区user_args中的内部循环，本质上是将所有参数串联在一起。

考虑与前面相同的字符串“AAAA\”，当[0]==’\’成立时，进入if并从from++递增，因为它指向空终止符，所以导致递增。之后，我们使用下一条语句*to++=*from++;继续循环。复制空终止符，复制字节，最终产出界限。

之所以会发生这种情况，是因为它希望每个\后面都有一个元字符，作者提出了一种巧妙的绕过方法，使它容易溢出。如果您想知道为什么以及进入该块时我们最终在参数中只有\的原因，请阅读本文。

通过使用符号链接sudoedit到sudo，我们可以做到这一点：

 

溢出的属性

作者陈述了有关此溢出的3个重要属性，这些属性使其非常强大。

首先，最简单的就是控制user_args的分配大小，因此选择sudo参数的数量和时间属性。

其次，控制溢出区域的内容。可以通过使用提供的环境变量来实现。环境变量实际上存储在最后一个参数传递给sudoedit之后，这意味着如果我们执行env -i’A =BBBB’sudoedit -s’CCCCCCCCCCCCCCCC’，我们会将C插入到user_args缓冲区中，而A = BBBB将紧随其后插入到边界区域。请注意，块大小应与0x10大小保持一致，例如env -i’A = BB’sudoedit-s’CCCCBBBBBBBB’仅填充缓冲区。

如果密切关注串联块中的内部循环，您可能会注意到可以多次利用它。通过用\结束环境变量，可以再次跳到下一个环境变量。那为什么要那样？因为随着from++的增加，在以下to++=*from++上指向空终止符的指针，它将插入该空终止符。这能够在不结束溢出的情况下插入0x0，从而使该溢出功能极为强大。

作者的例子：

env -i’AA = a ”B = b ”C = c ”D = d ”E = e ”F = f’sudoedit-s’1234567890123456789012 ‘

这样最终会在缓冲区中结束：

因此，我们将不讨论堆块的正向（fd）或反向（bk）指针的含义，因为我们仅在使用内存中进行利用。

• 第一个大小是后续块的大小。它等于给malloc的0x10+参数，因为还需要本身和对齐/以前大小的空间。
• 下一个大小是连续的块大小。
• fd和bk分别指向此释放块链接列表中的下一个和上一个块的指针。这仅适用于释放的块。否则，malloc的调用者可以使用这个空间。

关于空终止符插入，这里需要注意的一点是，我认为原稿中缺少的是，我们也可以插入多个连续的空字节。

首先要了解的是，环境变量不必以SOMETHING=SOMETHING_more的形式出现。与其他所有内容一样，这些只是字符数组，我们可以在C语言中使用它们。例如：

在这里，我们使用execve在完全控制环境变量的情况下执行过程。在内部for循环中，我们在””\””处插入if语句，并通过from++反斜杠跳过一个字符，然后仅将null插入到下一个“\”，然后在a中插入两个null字节。

 

开发

尽管作者在本文中提到了3个可能的目标，但我们仅涵盖第二个目标。

原因：

• 与第一种选择相反，它们没有暴力破解，在第一种选择中，它们部分溢出了以暴力破解击败ASLR的函数指针。
• 他们说，他们成功地在3个操作系统上成功做到了这一点，而其他两个操作系统都只有一个。

在第二个选项中，我们尝试溢出到存储在堆中的service_user结构中。

nss_load_library在溢出加载新的动态链接库后，libc中经常使用此结构，我们可以使文件名溢出，然后控制要加载的库。然后，我们可以针对我们可以制作的将以root特权运行的非特权库为目标。

该函数如下所示：

此功能的目标是点击ni->library->lib_handle =__libc_dlopen（shlib_name）加载一个我们控制的新库。

这里有两件事要注意，第一件事是本文提到的。如果ni->library不为NULL，我们将在ni->library->lib_handle中使用该指针，并且由于ASLR是一个X子，因此我们无法预测没有泄漏的有效指针。幸运的是，此结构存在一个初始情况，如果该结构为null，则可以通过ni->library=nss_new_service来设置它，现在，多个空字节写入就派上用场了！

然后，我们只需要将此结构完全溢出到其名称字段，即可将其更改为我们控制的非特权库。

第二个挑战是我们拥有下一个指针struct service_user * next;。在结构内部形成一个链表，当加载发生时将遍历该链表。因此，如果我们在过程中意外溢出另一个service_user结构，则当我们因fx A溢出而导致错误时，就将编写垃圾指针。可以通过在该位置插入空字节来避免这种情况，但这会带来另一个问题，现在断开链表，并且可以从列表中完全删除目标结构，而在整个内存空间中都没有指向它的指针。

这意味着我们必须定位到分配区域之后的链表中的第一个结构。事实证明，这是要克服的最大挑战，因为您可以想象这需要对堆分配进行很好的控制。

在本文中，它们service_user以systemd我们绝对无法定位的名称为目标。因此，我们在分配之前设置了一个断点来检查链表。然后，我们搜索systemd并向后遍历该列表，直到找到靠近我们的分配的第一个service_user为止。（结合A的一些反复试验，以了解其崩溃的结构)）

在这里，我service_user在内存中显示了不同的名称，并在vmmaps下面显示了相同的名称。如图所示，第二个vmmap对应于systemd，其偏移量为距堆基0x47e0。这显然是一个问题，因为我们service_user在列表0x4790之前的列表中看到了另一个，而两个结构之间只有0x50的空间，所以两个结构之间只有0的空间。这使得不可能针对这一目标，但是我们可以只选择之前的目标。但是，为什么不针对其他一些fx某些0x2000结构呢？好吧……您根本无法进行那么早的分配。

 

堆修饰

那么，如何在接近目标的内存区域分配内存呢？因此，这篇文章中的任务似乎并不明确，听起来好像他们“蛮力”尝试了很多，直到解决方案崩溃。如果不正确，请随时与我们的团队联系。

无论如何，我们都不希望尝试各种不同的分配方式。但是，他们确实提到了在我们控制大小的sudo进程中尽早进行分配的巧妙方法。

此技巧利用了以下事实：setlocale被称为第一件事，并且它们声明：在154行的setlocale（）中，我们malloc（）ate和free（）几个LC环境变量（LC_CTYPE，LC_MESSAGES，LC_TIME等），从而在sudo堆的开始处创建了小洞（空闲的fast或tcache块）

这是一个巧妙的技巧，我们通过打破setlocale和以下所有免费代码来研究此大小，以检查将要释放的大小块。

第一个有趣的测试：

第二个有趣的测试：

现在，实际上第二个被分配并在setlocale内不久之后再次释放。这使我相信它比第一个更加不可靠（可能是因为它同样稳定）。

但是有趣的是，我们没有发现本文所期望的其他LC变量中的其他自由变量，这很可能是libc依赖的，或者我完全不在本地使用。

这意味着我们只有这个分配可以使用。令人遗憾的是，现在可以使用的malloc更少了，但同时也限制了搜索空间。

现在，您还记得我说过的关于前向和后向指针的事情，我们应该不在乎。是的..现在我们需要这些知识。因此，这里介绍了世界上最快的垃圾箱介绍。

实际上，释放的块并不存储在单个链表中，而是分成多个链表，这些链表按边上的块大小排序。更糟糕的是，我们提供了5种不同的列表：

• tcache适用于大小从0x20到0x408的超快速分配
• fast bins也是从0x20到0x80的超快速分配
• small bins比tcache和fastbins大的小分配
• large bins大的可变大小的块
• unsorted bin一个包含尚未分类到其他箱中的块的箱

我们将仅关注tcache和fast bins，因为其他箱中的数据块可能会合并，这意味着连续的数据块可以合并为一个更大的数据块，这使得以后很难预测垃圾箱的状态。在这两类箱中，块大小每0x10增量存在一个箱。（bin==链表）

现在，我们要使用LC_MESSAGE分配一个块，并在setlocale中再次释放它，以使该块可在以后执行溢出时使用。这样，我们就可以在堆上获得更大的块。

我不希望在我的分配之前释放的容器中的块，而当我们进行最终的溢出分配时，容器中的块仍然存在，因为它们可能来自sudo中的其他位置。

因此，在setlocale的末尾和最后的分配之前中断，让我对sudo期间使用了哪些bin有了一个了解。请注意，这并不能说明所有分配情况，实际上与分配情况相去甚远，因此仍会涉及一些反复试验。

我试图说明搜索空间，我们将首先尝试:

现在，这是一个粗略的计划，我没有完全坚持下去。

经过令人惊讶的几次尝试之后，我们就在溢出分配之前将这一块可用了：

上面的是我们的分配，下面是目标字符串mymachine。仅相隔0x4790-0x4370 == 0x420字节。不错，这似乎可行。

现在，我们只需要使用null进行溢出，直到命中该结构并重新组合具有ni-library null和另一个名称的相同结构即可。

我们首先通过如下设置args来进行分配，以匹配之前找到的大小。以前面所述的分配取决于提供给sudoedit的第一个参数的长度。我们将尝试将此大小与LC_MESSAGE释放的块进行匹配。[核对原件]

char *args[] = {
       "/usr/bin/sudoedit",       
       "-s",
"BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBAAAAAAAAAAAAAAAA\",       
       NULL
}; //B and A's to match the chunk size we want freed in thebeginning

然后，我们创建一长串环境变量以放入null并以伪造的service_user结构结尾：

char *extra_args[] = {        "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",              "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",              "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\x01\\",               "\\",               "\\",               "\x01\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "\\",               "X/X\\",               "a",            "LC_MESSAGES=C.UTF-8@AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA",               NULL, };

然后，nss_load_library中的_st***y序列将基于上面的X/X\arg创建路径libnss_X/X.so.2：

现在我们只需要创建一个简单的库即可加载。我们只是创建一个带有初始化函数设置ID（不确定是否需要）的小型库，并执行/bin/sh并在nss_load_library中的ld_open时生成根shell。使用gcc-Os-Wall-Wextra-fPIC-sharednss.c-oX.so.2进行编译。

看到这个我真高兴！！

shell终于弹出了

 

结论

最终的利用是100％可靠的，并且可以在我的环境中使用libc2.32启用ASLR，这在ubuntu 20.10中也可以找到，并且可能很容易在许多发行版中进行了重新设计。由于许多系统仍然容易受到攻击，我们目前尚未发布最终的利用代码。感谢所有参与发现此漏洞并加以利用的研究人员。

 

参考链接

• https://www.sudo.ws/download.html
• https://blog.qualys.com/vulnerabilities-research/2021/01/26/cve-2021-3156-heap-based-buffer-overflow-in-sudo-baron-samedit
• https://www.kalmarunionen.dk/writeups/sudo/