1. gzyueqian
      13352868059

      關(guān)于Linux內(nèi)核級(jí)后門的原理和簡(jiǎn)單實(shí)戰(zhàn)

      更新時(shí)間: 2006-03-10 15:43:46來(lái)源: 粵嵌教育瀏覽量:2649

        以下代碼均在linux i86 2.0.x的內(nèi)核下面測(cè)試通過(guò)。它也許可以在之前的版本通過(guò), 但并沒(méi)有被測(cè)試過(guò). 因?yàn)閺?.1.x內(nèi)核版本就引入了相當(dāng)大的改變, 顯著地內(nèi)存管理上的差別, 但這些不是我們現(xiàn)在要討論的內(nèi)容.

        用戶空間與內(nèi)核空間
        ---------------------------

        linux是一個(gè)具有保護(hù)模式的操作系統(tǒng)。它一直工作在i386 cpu的保護(hù)模式之下。

        內(nèi)存被分為兩個(gè)單元: 內(nèi)核區(qū)域和用戶區(qū)域。(譯者注:我覺(jué)得還是這樣叫比較順口)內(nèi)核區(qū)域存放并運(yùn)行著核心代碼,當(dāng)然,顧名思義,用戶區(qū)域也存放并運(yùn)行用戶程序。當(dāng)然,作為用戶進(jìn)程來(lái)講它是不能訪問(wèn)內(nèi)核區(qū)域內(nèi)存空間以及其他用戶進(jìn)程的地址空間的。

        不幸地是, 核心進(jìn)程也有同樣的情況。核心代碼也同樣不能訪問(wèn)用戶區(qū)地地址空間。

        那么,這樣做到底有什么意義呢?好, 我們假設(shè)當(dāng)一個(gè)硬件驅(qū)動(dòng)試圖去寫數(shù)據(jù)到一個(gè)用戶內(nèi)存空間的程序里的時(shí)候, 它是不可以直接去完成的, 但是它可以利用一些特殊的核心函數(shù)來(lái)間接完成。同樣, 當(dāng)參數(shù)需要傳遞地址到核心函數(shù)中時(shí),核心函數(shù)也不能直接的來(lái)讀取該參數(shù)。同樣的,它可以利用一些特殊的核心函數(shù)來(lái)傳遞參數(shù)。

        這里有一些比較有用的核心函數(shù)用來(lái)作為內(nèi)核區(qū)與用戶區(qū)相互傳遞參數(shù)用。

        #include

        get_user(ptr)

        從用戶內(nèi)存獲取給定的字節(jié), 字,或者長(zhǎng)整形。這只是一個(gè)宏(在核心代碼里面有此宏的詳細(xì)定義),并且它依據(jù)參數(shù)類型來(lái)確定傳輸數(shù)量。所以你必須巧妙地利用它。

        put_user(ptr)和get_user()非常相似, 但,它不是從用戶內(nèi)存讀取數(shù)據(jù),而是想用戶內(nèi)存寫數(shù)據(jù)。

        memcpy_fromfs(void *to, const void *from,unsigned long n)
        從用戶內(nèi)存中的*from拷貝n個(gè)字節(jié)到指向核心內(nèi)存的指針*to。

        memcpy_tofs(void *to,const *from,unsigned long n)
        從核心內(nèi)存中的*from拷貝n個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)到用戶內(nèi)存中的*to。

        /*譯者注:這四個(gè)函數(shù)足以在2.0.x中解決內(nèi)核和用戶區(qū)的參數(shù)傳遞問(wèn)題,在2.0.x以上的版本有新的實(shí)現(xiàn),即copy_user_to(...)以及copy_user_from(...)根據(jù)內(nèi)核版本這些特殊函數(shù)會(huì)有不同,請(qǐng)關(guān)注核心代碼的實(shí)現(xiàn)方法。*/

        系統(tǒng)調(diào)用

        大部分的c函數(shù)庫(kù)的調(diào)用都依賴于系統(tǒng)調(diào)用, 就是一些使用戶程序可以調(diào)用的簡(jiǎn)單核心包裝函數(shù)。 這些系統(tǒng)調(diào)用運(yùn)行在內(nèi)核本身或者在可加載內(nèi)核模塊中, 就是一些可動(dòng)態(tài)的加載卸載的核心代碼。

        就象MS-DOS和其他許多系統(tǒng)一樣, linux中的系統(tǒng)調(diào)用依賴一個(gè)給定的中斷來(lái)調(diào)用多個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。linux系統(tǒng)中,這個(gè)中斷就是int 0x80。當(dāng)調(diào)用'int 0x80'中斷的時(shí)候,控制權(quán)就轉(zhuǎn)交給了內(nèi)核(或者,我們確切點(diǎn)地說(shuō), 交給_system_call()這個(gè)函數(shù)), 并且實(shí)際上是一個(gè)正在進(jìn)行的單處理過(guò)程。

      * _system_call()是如何工作的 ?

        首先, 所有的寄存器被保存并且%eax寄存器全面檢查系統(tǒng)調(diào)用表, 這張表列舉了所有的系統(tǒng)調(diào)用和他們的地址信息。它可以通過(guò)extern void *sys_call_table[]來(lái)被訪問(wèn)到。 該表中的每個(gè)定義的數(shù)值和內(nèi)存地址都對(duì)應(yīng)每個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。大家可以在/usr/include/sys/syscall.h這個(gè)頭中找到系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)示數(shù)。他們對(duì)應(yīng)相應(yīng)的SYS_systemcall名。假如一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用不存在, 那么它在sys_call_table中相應(yīng)的標(biāo)示就為0, 并且返回一個(gè)出錯(cuò)信息。否則,系統(tǒng)調(diào)用存在并在表里相應(yīng)的入口為系統(tǒng)調(diào)用代碼的內(nèi)存地址。

        這兒是一個(gè)有問(wèn)題的系統(tǒng)調(diào)用例程:

       

      [root@plaguez kernel]# cat no1.c
      #include
      #include
      #include
      extern void *sys_call_table[];
      sc()
      { // 165這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用號(hào)是不存在的。
          __asm__(
              "movl $165,%eax
                   int $0x80");
      }
      main()
      {
          errno = -sc();
          perror("test of invalid syscall");
      }
      [root@plaguez kernel]# gcc no1.c
      [root@plaguez kernel]# ./a.out
      test of invalid syscall: Function not implemented
      [root@plaguez kernel]# exit

       

        系統(tǒng)控制權(quán)就會(huì)轉(zhuǎn)向真正的系統(tǒng)調(diào)用, 用來(lái)完成你的請(qǐng)求并返回。 然后_system_call()調(diào)用_ret_from_sys_call()來(lái)檢查不同的返回值, 并且返回到用戶內(nèi)存。

        * libc

        這int $0x80 并不是直接被用作系統(tǒng)調(diào)用; 更確切地是, libc函數(shù),經(jīng)常用來(lái)包裝0x80中斷,這樣使用的。

        libc通常利用_syscallX()宏來(lái)描述系統(tǒng)調(diào)用, X是系統(tǒng)調(diào)用的總參數(shù)個(gè)數(shù)。

        舉個(gè)例子吧, libc中的write(2)就是利用_syscall3這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用宏來(lái)實(shí)現(xiàn)的, 因?yàn)閷?shí)際的write(2)原型需要3個(gè)參數(shù)。在調(diào)用0x80中斷之前,這個(gè)_syscallX宏假定系統(tǒng)調(diào)用的堆棧結(jié)構(gòu)和要求的參數(shù)列表,,當(dāng)_system_call()(通過(guò)int &0x80來(lái)引發(fā))返回的時(shí)候,_syscallX()宏將會(huì)查出錯(cuò)誤的返回值(在%eax)并且為其設(shè)置errno。

      讓我們看一下另一個(gè)write(2)例程并看看它是如何進(jìn)行預(yù)處理的。

       

      [root@plaguez kernel]# cat no2.c
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      _syscall3(ssize_t,write,int,fd,const void *,buf,size_t,count);/*構(gòu)建一個(gè)write調(diào)用*/
      main()
      {
          char *t = "this is a test.\n";
          write(0, t, strlen(t));
      }
      [root@plaguez kernel]# gcc -E no2.c > no2.C
      [root@plaguez kernel]# indent no2.C -kr
      indent:no2.C:3304: Warning: old style assignment ambiguity in "=-".  Assuming "= -"
      [root@plaguez kernel]# tail -n 50 no2.C

       

      #9 "no2.c" 2


      ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)
      {
          long __res;
          __asm__ __volatile("int $0x80":"=a"(__res):"0"(4), "b"((long) (fd)), "c"((long) (buf)), "d"((long) (count)));
          if (__res >= 0)
          return (ssize_t) __res;
          errno = -__res;
          return -1;
      };
      main()
      {
          char *t = "this is a test.\n";
          write(0, t, strlen(t));
      }
      [root@plaguez kernel]# exit

       

        注意那個(gè)write()里的"0"這個(gè)參數(shù)匹配SYS_write,在/usr/include/sys/syscall.h中定義。

        * 構(gòu)建你自己的系統(tǒng)調(diào)用。

        這里給出了幾個(gè)構(gòu)建你自己的系統(tǒng)調(diào)用的方法。舉個(gè)例子, 你可以修改內(nèi)核代碼并且加入你自己的代碼。一個(gè)比較簡(jiǎn)單可行的方法, 不過(guò), 一定要被寫成可加載內(nèi)核模塊。

        沒(méi)有一個(gè)代碼可以象可加載內(nèi)核模塊那樣可以當(dāng)內(nèi)核需要的時(shí)候被隨時(shí)加載的。

        我們的主要意圖是需要一個(gè)很小的內(nèi)核,當(dāng)我們需要的時(shí)候運(yùn)行insmod命令,給定的驅(qū)動(dòng)就可以被自動(dòng)加載。這樣卸除來(lái)的lkm程序一定比在內(nèi)核代碼樹(shù)里寫代碼要簡(jiǎn)單易行多了。

        * 寫lkm程序

        一個(gè)lkm程序可以用c來(lái)很容易編寫出來(lái)。它包含了大量的 #defines, 一些函數(shù), 一個(gè)初始化模塊的函數(shù),叫做init_module(),和一個(gè)卸載函數(shù):cleanup_module()。

      這里有一個(gè)經(jīng)典的lkm代碼結(jié)構(gòu):


      #define MODULE
      #define __KERNEL__
      #define __KERNE_SYSCALLS__
      #include
      #ifdef MODULE
      #include
      #include
      #else
      #define MOD_INC_USE_COUNT
      #define MOD_DEC_USE_COUNT
      #endif
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      #include
      int errno;
      char tmp[64];
      /* 假如,我們要用到ioctl調(diào)用 */
      _syscall3(int, ioctl, int, d, int, request, unsigned long, arg);
      int myfunction(int parm1,char *parm2)
      {
         int i,j,k;
         /* ... */
      }
      int init_module(void)
      {
         /* ... */
         printk("\nModule loaded.\n");
         return 0;
      }
      void cleanup_module(void)
      {
         /* ... */
      }
      檢查代碼中的 #defines (#define MODULE, #define __KERNEL__)和
      #includes (#include ...)

       

        一定要注意的是我們的lkm講要被運(yùn)行在內(nèi)核狀態(tài),我們就不能用libc包裝的函數(shù)了, 但是我們可以通過(guò)前面所討論的_syscallX()宏來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)調(diào)用。

        你可以這樣編譯你的模塊'gcc -c -O3 module.c' 并且利用'insmod module.o'來(lái)加載。

        提一個(gè)建議, lkm也可以用來(lái)在不完全重建核心代碼的情況下來(lái)修改內(nèi)核代碼。舉個(gè)例子, 你可以修改write系統(tǒng)調(diào)用讓它隱藏一部分給定的文件,就象我們把我們的backdoors放到一個(gè)非常好的地方:當(dāng)你無(wú)法再信任你的系統(tǒng)內(nèi)核的時(shí)候會(huì)怎么樣呢?

        * 內(nèi)核和系統(tǒng)調(diào)用后門

        在簡(jiǎn)單介紹了上述理論,我們主要可以用來(lái)做什么呢。我們可以利于lkm截獲一些對(duì)我們有影響的系統(tǒng)調(diào)用, 這樣可以強(qiáng)制內(nèi)核按照我們的方式運(yùn)行。例如:我們可以利用ioctl系統(tǒng)調(diào)用來(lái)隱藏sniffer所造成的網(wǎng)卡PROMISC模式的顯示。非常有效。

        去改變一個(gè)給定的系統(tǒng)調(diào)用,只需要在你的lkm程序中增加一個(gè)定義extern void *sys_call_table[],并且利用init_module()函數(shù)來(lái)改變sys_call_table里的入口來(lái)指向我們自己的代碼。改變后的調(diào)用可以做我們希望它做的一切事情, 利用改變sys_call_table來(lái)導(dǎo)出更多的原系統(tǒng)調(diào)用,并且。。。。


        譯者后話:這篇文章相對(duì)比較淺顯易懂,所以可以作為大家入門lkm編程來(lái)用,它著重講述了linux系統(tǒng)調(diào)用system call的原理,以及我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)lkm來(lái)截獲它并換成我們想要的代碼來(lái)建立后門程序。再次強(qiáng)調(diào)本文的依據(jù)是linux內(nèi)核版本2.0.x,大家在自己系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)請(qǐng)對(duì)比內(nèi)核代碼來(lái)做改變。

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