Android adb setuid提权漏洞的分析

去年的Android adb setuid提权漏洞被用于各类root刷机,漏洞发现人Sebastian Krahmer公布的利用工具RageAgainstTheCage(rageagainstthecage-arm5.bin)被用于z4root等提权工具、Trojan.Android.Rootcager等恶意代码之中。下面我们来分析这一漏洞的产生原因。

The Android Exploid Crew小组在后来发布了一份PoC代码:rageagainstthecage.c。从这份代码开始着手。

在main(:72)函数中,首先获取了RLIMIT_NPROC的值(:83),这个值是Linux内核中定义的每个用户可以运行的最大进程数。

然后,调用find_adb()函数(:94)来搜索Android系统中adb进程的PID,具体而言,该函数读取每个进程对应的文件的/proc/<pid>/cmdline,根据其是否等于”/sbin/adb”来判断是否adb进程。

接下来,fork了一个新的进程(:109),父进程退出,而子进程继续。接下来,在113行创建一个管道。

	if (fork() > 0)
		exit(0);

	setsid();
	pipe(pepe);

重头戏发生在下面的122到138行,代码如下:

	if (fork() == 0) {
		close(pepe[0]);
		for (;;) {
			if ((p = fork()) == 0) {
				exit(0);
			} else if (p < 0) {
				if (new_pids) {
					printf("\n[+] Forked %d childs.\n", pids);
					new_pids = 0;
					write(pepe[1], &c, 1);
					close(pepe[1]);
				}
			} else {
				++pids;
			}
		}
	}

新建一个进程后,在子进程之中,exploit代码不断地fork()(:125),而新的子进程不断退出,从而产生大量的僵尸进程(占据shell用户的进程数)。最终,进程数达到上限,fork()返回小于0,于是打印当前已经创建多少子进程,并向管道输入一个字符(:131)。

在这里,管道的作用是和(:122)fork出来的父进程同步,该进程在141行read这一管道,因而阻塞直至僵尸进程已经达到上限(:131)。

进一步的,exploit杀掉adb进程,并在系统检测到这一现象并重启一个adb之前,再一次fork(),将前一个adb留下的进程空位占据。最后,在152行,exploit调用wait_for_root_adb(),等待系统重启一个adb,这个新建的adb就会具有root权限。

为什么在shell用户的进程数达到上限RLIMIT_NPROC以后,新建的adb会具有root权限?我们来看adb的源码。

在<android_src>/system/core/adb/adb.c的第918行,我们可以看到如下代码:

        /* then switch user and group to "shell" */
        if (setgid(AID_SHELL) != 0) {
            exit(1);
        }
        if (setuid(AID_SHELL) != 0) {
            exit(1);
        }

这已经是漏洞修补以后的代码。在漏洞最初被发现时,代码如下:

        /* then switch user and group to "shell" */
        setgid(AID_SHELL);
        setuid(AID_SHELL);

简而言之,原来没有检查setuid()函数的返回值。事实上,在此之前,adb.c中的代码都是以root权限运行,以完成部分初始化工作。在这一行,通过调用setuid()将用户从root切换回shell,但setuid()在shell用户进程数达到上限RLIMIT_NPROC时,会失败,因此adb.c继续以root身份运行,而没有报错。

我们来看setuid()的man手册(man 2 setuid),其中有如下说明:

RETURN VALUE
       On  success,  zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is
       set appropriately.

ERRORS
       EAGAIN The uid does not match the current uid and  uid  brings  process
              over its RLIMIT_NPROC resource limit.

可以看到,setuid是可能发生错误的,并且在uid的进程数超过RLIMIT_NPROC极限时,发生EAGAIN错误。

在android的源码中,setuid()定义于<android_src>/bionic/libc/unistd/setuid.c,实际上引用了一个外部符号__setuid,这个符号在<android_src>/bionic/libc/arch_xxx/syscalls/__setuid.S中定义,最终是一个%eax=$__NR_setuid32,%ebx=uid的int 0x80中断。

因为只是要分析原理,我们不再鏖战于Android,转而看向Linux内核。

在最新的kernel2.6中,setuid()位于kernel/sys.c的682行,其中,在697行,一切正常的情况下,它会调用set_user()来完成用户切换。

set_user()实现于同一文件的587行,其中一部分代码如下:

	if (atomic_read(&new_user->processes) >= rlimit(RLIMIT_NPROC) &&
			new_user != INIT_USER) {
		free_uid(new_user);
		return -EAGAIN;
	}

含义很明显,当目标用户的进程数达到上限,那系统就不能再将一个进程分配给它,因而返回-EAGEIN。然后再setuid()中,直接跳过后面的代码,而返回错误。

至此,整个漏洞的原理已经分析完毕。整理如下:

1、在Android的shell用户下,制造大量的僵尸进程,直至达到shell用户的进程数上限RLIMIT_NPROC;

2、kill当前系统中的adb进程,并再次占据其进程位置以保持达到上限;

3、系统会在一段时间后重启一个adb进程,该进程最初是root用户,在完成少许初始化工作后,调用setuid()切换至shell用户;

4、此时shell用户的进程数已经达到上限,所以setuid()失败,返回-1,并且用户更换没有完成,adb还是root权限;

5、adb没有检查setuid()的返回值,继续后续的工作,因此产生了一个具有root权限的adb进程,可以被用于与用户的下一步交互。

实际上,setuid在目标用户进程数达到RLIMIT_NPROC极限时返回错误,这一问题可能产生的安全隐患最早可以追溯到2000年。而在2006年,出现了真正利用这一编码问题的漏洞(CVE-2006-2607)。

因此,这并不是一个全新的漏洞。我们可以得出几点结论:

1、函数返回值一直是忽略的对象,因为getuid()永远不会失败,程序员可能会认为setuid()也不会失败——至少没有遇到过,因此忽略了对返回值的检查。检查一个系统函数是否调用失败是一个常识,但又是很麻烦的事,如果为了省事而忽略,问题就可能产生了。

2、Android下的安全问题,很多并非全新的,而且个人判断将来还会有大量漏洞、恶意代码产生于传统思路,而作用于新的平台。面对这一新的平台,我们是否能抢先于攻击者做好防范准备,是一个需要我们思考和实践的问题。

Android adb setuid提权漏洞的分析》上有11条评论

  1. Pingback引用通告: Android提权代码zergRush分析 : i, Claud

  2. xueyy

    不好意思有点看不明白,这一点是怎么实现的:
    “kill当前系统中的adb进程,并再次占据其进程位置以保持达到上限;”

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    1. Claud 文章作者

      在进程数达到上限RLIMIT_NPROC后,kill掉系统中原来的adb进程。系统会在一段时间后发现这个进程没有了,因此再启动一个。但这时进程数是RLIMIT_NPROC-1(已经kill掉一个了),所以不会触发漏洞。因此,要在kill掉adb后,迅速地再fork一下,使得进程数始终保持在RLIMIT_NPROC,这样系统再启动adb时,就达到上限,而触发漏洞了。可以看main函数的最后几行代码。

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  3. Josey

    在进程数达到上限RLIMIT_NPROC后,kill掉系统中原来的adb进程。系统会在一段时间后发现这个进程没有了,因此再启动一个。但这时进程数是RLIMIT_NPROC-1(已经kill掉一个了),所以不会触发漏洞。因此,要在kill掉adb后,迅速地再fork一下,使得进程数始终保持在RLIMIT_NPROC,这样系统再启动adb时,就达到上限,而触发漏洞了。可以看main函数的最后几行代码。
    +1

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  7. kaiwii

    nice article!文中提到init.rc启动的程序具有root权限。之前,在开发中,尝试在init.rc中启动一个文件所有者为非root的程序,发现不成功。是怎么一回事?请教……谢谢!

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