Linux内核AF_VSOCK套接字条件竞争误差（CVE-2021-26708）剖析

宣布时间 2021-03-10

误差配景


近期，，，，外洋清静研究职员在oss-security上披露了一个AF_VSOCK套接字条件竞争高危误差CVE-2021-26708（CNVD-2021-10822、CNNVD-202102-529）。。。。。。 。凭证披露细节，，，，该误差是由于过失加锁导致，，，，可以在低权限下触发并自动加载易受攻击驱动�？ ？？榻ㄉ鐰F_VSOCK套接字，，，，进而导致外地权限提升。。。。。。 。该误差补丁已经合并到Linux内核主线中。。。。。。 。


VSOCK先容和架构


VSOCK先容


VM套接字最早是由Vmware开发并提交到Linux内核主线中。。。。。。 。VM套接字允许虚拟机与虚拟机治理程序之间举行通讯。。。。。。 。虚拟机和主机上的用户级应用程序都可以使用VM 套接字API，，，，从而增进guest虚拟机与其host之间的快速有用通讯。。。。。。 。该机制提供了一个vsock套接字地点系列及其vmci传输，，，，旨在与接口级别的UDP和TCP兼容。。。。。。 。VSOCK机制随即获得Linux社区的响应，，，，Redhat在VSOCK中为vsock添加了virtio传输，，，，QEMU/KVM虚拟机治理提供支持，，，，Microsoft添加了HyperV传输。。。。。。 。


VSOCK架构


VM套接字与其他套接字类型类似，，，，例如Berkeley UNIX套接字接口。。。。。。 。VM套接字�？ ？？橹С置嫦蚺牧魈捉幼郑ɡ鏣CP）和无毗连数据报套接字（例如UDP）。。。。。。 。VM套接字协议系列界说为“AF_VSOCK”，，，，并且套接字操作分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM。。。。。。 。如下图所示：


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VSOCK支持socket API。。。。。。 。AF_SOCK地点簇包括两个要素：CID和port。。。。。。 。CID为ContextIdentifier，，，，上下文标识符 ；；；；；；port为端口。。。。。。 。TCP/IP应用程序险些不需要更改就可以适配，，，，每一个地点体现为。。。。。。 � ；；；；；Ｉ杏幸徊阄猼ransport，，，，VSOCK transport用于实现guest和host之间通讯的数据通道。。。。。。 。如下图所示：


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Transport凭证传输偏向分为两种（以SOCK_STREAM类型为例），，，，一种为G2H transport，，，，体现guest到host的传输类型，，，，运行在guest中。。。。。。 。另一种为H2G transport，，，，体现host到guest的传输类型。。。。。。 。以QEMU/KVM传输为例，，，，如下图所示：


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该传输提供套接字层接口的驱动分为两个部分：一个是运行在guest中的virtio-transport，，，，用于配合guest举行数据传输 ；；；；；；另一个是运行在host中的vhost-transport，，，，用于配合host举行数据传输。。。。。。 。VSOCK transport还提供多传输通道模式，，，，该功效是为了支持嵌套虚拟机中的VSOCK功效。。。。。。 。如下图所示：


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支持L1虚拟机同时加载H2G和G2H两个传输通道，，，，此时L1虚拟机即是host也是guest，，，，通过H2G传输通道和L2嵌套虚拟机通讯，，，，通过G2H传输通道和L0 host通讯。。。。。。 。VSOCK transport还支持外地环回传输通道模式，，，，不需要有虚拟机。。。。。。 。如下图所示：


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该模式用于测试和调试，，，，由vsock-loopback提供支持，，，，并对地点簇中的CID举行了分类，，，，包括两种类型：一种是VMADDR_CID_LOCAL，，，，体现外地环回 ；；；；；；一种为VMADDR_CID_HOST，，，，体现H2G传输通道加载，，，，G2H传输通道未加载。。。。。。 。

 

误差剖析与触发历程


误差剖析


该误差触发缘故原由是过失加锁导致条件竞争，，，，凭证补丁可知，，，，保存多处过失加锁，，，，这里以vsock_stream_setsockopt()函数补丁为例，，，，如下图所示：


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补丁很精练，，，，将第1564行代码移动到第1571行，，，，中心就隔着第1569行代码：lock_sock(sk)。。。。。。 。加锁前，，，，vsk->transport已经赋值到transport变量中，，，，这里爆发了一个引用，，，，然后才举行lock_sock(sk)将sk锁定。。。。。。 。可是vsk->transport会在多处被挪用甚至被释放，，，，这就有可能通过条件竞争造成Use After Free。。。。。。 。


触发历程


首先找到修改或释放vsk->transport的挪用路径，，，，来看要害函数vsock_assign_transport()的实现。。。。。。 。关于多传输模式，，，，该函数用于凭证差别CID分派差别的传输通道。。。。。。 。实现代码如下图所示：


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凭证sk->sk_type分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM，，，，在SOCK_STREAM中，，，，分为三种传输通道。。。。。。 。这里可以通过将CID设置为外地环回模式，，，，获得transport_local传输通道。。。。。。 。接下来如下图所示：


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若是vsk->transport不为空，，，，则进入if语句。。。。。。 。先判断vsk->transport是否即是new_transport，，，，若是即是直接返回，，，，在触发历程中，，，，要包管能走到vsock_deassign_transport()函数，，，，该函数是析构函数，，，，用于释放transport。。。。。。 。如下代码所示：


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行411，，，，挪用vsk->transport->destruct()，，，，要明确使用transport类型，，，，前文已经确定使用transport_local。。。。。。 。Transport_local为全局变量，，，，会在vsock_core_register()函数中被初始化。。。。。。 。该函数被挪用情形如下图所示：


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*_init()函数用来初始化transport的回调函数，，，，凭证第二部分先容，，，，vhost_vsock_init()、virtio_vsock_init()和vsock_loopback_init()函数为QEMU/KVM情形下的支持函数。。。。。。 。我们发明transport->destruct()函数的最后实现都是统一个函数。。。。。。 。如下图所示：


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该destruct()函数释放vsk->trans，，，，如下图所示：


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而vsk->trans指针是指向transport的。。。。。。 。结构体vsock_sock界说如下所示：


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最终可以结构一个释放transport的函数路径为：vsock_stream_connect-> vsock_assign_transport->virtio_transport_destrcut。。。。。。 。


找到了释放路径，，，，下一步找使用路径，，，，virtio_transport_notify_buffer_size()函数会使用transport。。。。。。 。如下图所示：


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第492行，，，，通过vsk->trans获取指向transport的指针，，，，第497行，，，，解引用vvs指针，，，，对vvs->buf_alloc举行赋值。。。。。。 。而挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数最终会被vsock_stream_setsockopt()函数挪用。。。。。。 。最终可以结构一个使用transport的函数路径为：vsock_stream_setsockopt-> vsock_update_buffer_size->virtio_transport_notify_buffer_size。。。。。。 。


接下来就是营造一个抢锁的条件竞争情形，，，，很显着必需是connect()系统挪用先抢到锁对transport举行释放，，，，然后再挪用setsockopt()才华触发误差。。。。。。 。有开发职员提出使用userfaultfd机制先将lock_sock锁定，，，，然后在去释放锁，，，，举行条件竞争。。。。。。 。误差触发历程如下图所示：


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蓝框中是connect()挪用历程，，，，最后挪用virtio_transport_destruct()函数释放vsk->trans。。。。。。 。红框中是setsockopt()挪用历程，，，，挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数使用vvs，，，，该值是0xffff888107a74500，，，，在0xffff888107a74500+0x28处会写入4字节。。。。。。 。


参考链接：

[1]https://github.com/torvalds/linux/commit/d021c344051af91f42c5ba9fdedc176740cbd238

[2]https://static.sched.com/hosted_files/devconfcz2020a/b1/DevConf.CZ_2020_vsock_v1.1.pdf

[3]https://github.com/jordan9001/vsock_poc

[4]https://terenceli.github.io/%E6%8A%80%E6%9C%AF/2020/04/18/vsock-internals


鉴黑担保网起劲防御实验室（ADLab）


ADLab建设于1999年，，，，是中国清静行业最早建设的攻防手艺研究实验室之一，，，，微软MAPP妄想焦点成员，，，，“黑雀攻击”看法首推者。。。。。。 。阻止现在，，，，ADLab已通过CVE累计宣布清静误差近1100个，，，，通过 CNVD/CNNVD累计宣布清静误差1000余个，，，，一连坚持国际网络清静领域一流水准。。。。。。 。实验室研究偏向涵盖操作系统与应用系统清静研究、智能终端清静研究、物联网智能装备清静研究、Web清静研究、工控系统清静研究、云清静研究。。。。。。 。研究效果应用于产品焦点手艺研究、国家重点科技项目攻关、专业清静效劳等。。。。。。 。


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