kernel module version check bypass 1、 举例说明 2、 内核是怎么实现的 3、 怎样去突破 4、 总结 1、 举例说明 Linux内核版本很多,升级很快,2个小内核版本中内核函数的定义可能都不一样,为了确保不一致的驱动程序导致kernel oops, 开发者加入了模块验证机制。它在加载内核模块的时候对模块进行校验, 如果模块与主机的一些环境不一致,就会加载不成功。 看下面一个例子,它简单的输出当期系统中的模块列表: ------------------------------------------------------------------- #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/version.h> #include <linux/string.h> #include <linux/list.h> MODULE_LICENSE("GPL"); struct module *m = THIS_MODULE; int print_module_test(void) { struct module *mod; list_for_each_entry(mod, &m->list, list) { printk("%s ", mod->name); } return NULL; } static int list_print_init(void) { printk("load list_print module. "); print_module_test(); return 0; } static void list_print_exit(void) { printk("unload list_print module. "); } module_init(list_print_init); module_exit(list_print_exit);复制代码 我们在Asianux3.0环境中编译一下: [root@localhost list]# uname -a Linux localhost.localdomain 2.6.18-8.10AX #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux 然后拷贝到另一台主机上Asianux3.0sp2: [root@localhost list]#uname -a Linux localhost.localdomain 2.6.18-128.7AXS3 #1 SMP Wed Jan 21 10:44:23 EST 2007 i686 i686 i386 GNU/Linux 用insmod加载: [root@localhost ~]# insmod list.ko insmod: error inserting 'list.ko': -1 Invalid module format 报错了,在看下dmesg的信息: [root@localhost ~]# dmesg|tail -n 1 list: disagrees about version of symbol struct_module 先不管这是什么, 总之我们的模块在另一台2.6.18的主机中加载失败。 通常的做法是要在主机中对源代码进行编译, 然后才能加载成功, 但是如果主机中缺少内核编译环境的话, 我们的模块就不能编译, 也不能安装在主机之中,这是多么尴尬的事情。 没错, 这就是linux kernel开发的特点。 2、内核是怎么实现的 我们去看看内核在加载模块的时候都干了什么。 grep下dmesg里的关键字, 看看它在哪个文件中: [root@localhost linux-2.6.18]# grep -r -i 'disagrees about' kernel/ kernel/module.c: printk("%s: disagrees about version of symbol %s ", 2.6.18/kernel/module.c: insmod调用了sys_init_module这个系统调用, 然后进入load_module这个主函数,它解析elf格式的ko文件,然后加载 到内核中: /* Allocate and load the module: note that size of section 0 is always zero, and we rely on this for optional sections. */ static struct module *load_module(void __user *umod, unsigned long len, const char __user *uargs) { ... if (!check_modstruct_version(sechdrs, versindex, mod)) { err = -ENOEXEC; goto free_hdr; } modmagic = get_modinfo(sechdrs, infoindex, "vermagic"); /* This is allowed: modprobe --force will invalidate it. */ if (!modmagic) { add_taint_module(mod,TAINT_FORCED_MODULE); printk(KERN_WARNING "%s: no version magic, tainting kernel. ", mod->name); } else if (!same_magic(modmagic, vermagic)) { printk(KERN_ERR "%s: version magic '%s' should be '%s' ", mod->name, modmagic, vermagic); err = -ENOEXEC; goto free_hdr; } ... } check_modstruct_version就是用来计算模块符号的一些crc值,不相同就会出现我们在dmesg里看到的“disagrees about version of symbol”信息。 get_modinfo取得了内核本身的vermagic值,然后用same_magic函数和内核的vermagic去比较,不同也会使内核加载失败。 所以在这里,我们看到内核对模块验证的时候采用了2层验证的方法:模块crc值和vermagic检查。 继续跟踪check_modstruct_version, 现在的内核默认的都开启了CONFIG_MODVERSIONS, 如果没有指定这个选项, 函数为空,我们的目的是要在Asianux 3.0sp2下安装模块,系统当然开了MODVERSIONS选项。 static inline int check_modstruct_version(Elf_Shdr *sechdrs, unsigned int versindex, struct module *mod) { const unsigned long *crc; struct module *owner; if (!__find_symbol("struct_module", &owner, &crc, 1)) BUG(); return check_version(sechdrs, versindex, "struct_module", mod, crc); } __find_symbol找到了struct_module这个符号的crc值,然后调用check_version去校验: static int check_version(Elf_Shdr *sechdrs, unsigned int versindex, const char *symname, struct module *mod, const unsigned long *crc) { unsigned int i, num_versions; struct modversion_info *versions; /* Exporting module didn't supply crcs? OK, we're already tainted. */ if (!crc) return 1; versions = (void *) sechdrs[versindex].sh_addr; num_versions = sechdrs[versindex].sh_size / sizeof(struct modversion_info); for (i = 0; i < num_versions; i++) { if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0) continue; if (versions[i].crc == *crc) return 1; printk("%s: disagrees about version of symbol %s ", mod->name, symname); DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX ", *crc, versions[i].crc); return 0; } /* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */ if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) { printk("%s: no version for "%s" found: kernel tainted. ", mod->name, symname); add_taint(TAINT_FORCED_MODULE); } return 1; } 它搜寻elf的versions小节, 循环遍历数组中的每个符号表,找到struct_module这个符号,然后去比较crc的值。 现在有个疑问, versions小节是怎么链接到模块的elf文件中去的呢? 在看下编译后的生成文件, 有一个list.mod.c [root@localhost list]# cat list.mod.c #include <linux/module.h> #include <linux/vermagic.h> #include <linux/compiler.h> MODULE_INFO(vermagic, VERMAGIC_STRING); struct module __this_module __attribute__((section(".gnu.linkonce.this_module"))) = { .name = KBUILD_MODNAME, .init = init_module, #ifdef CONFIG_MODULE_UNLOAD .exit = cleanup_module, #endif }; static const struct modversion_info ____versions[] __attribute_used__ __attribute__((section("__versions"))) = { { 0x89e24b9c, "struct_module" }, { 0x1b7d4074, "printk" }, }; static const char __module_depends[] __attribute_used__ __attribute__((section(".modinfo"))) = "depends="; MODULE_INFO(srcversion, "26DB52D8A56205333D414B9"); 这个文件是模块在编译的时候,调用了linux-2.6.18/scripts/modpost这个文件生成的。 里面增加了2个小节.gnu.linkonce.this_module和__versions。 __versions小节的内容就是一些字符串和值组成的数组, check_version就是解析这个小节去做验证。 这里还有一个MODULE_INFO宏用来生成模块的magic字符串,这个在以后的vermagic中要做验证。 先看下vermagic的格式: [root@localhost list]# modinfo list.ko filename: list.ko license: GPL srcversion: 26DB52D8A56205333D414B9 depends: vermagic: 2.6.18-128.el5 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1复制代码 这里可以看到vermagic跟内核版本,smp,gcc版本,内核堆栈大小都有关。 3、怎样去突破 知道了内核是怎么实现的了, 下面开始想办法绕过这些验证。 3.1 怎么突破crc验证: 在仔细看下代码: for (i = 0; i < num_versions; i++) { if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0) continue; if (versions[i].crc == *crc) return 1; printk("%s: disagrees about version of symbol %s ", mod->name, symname); DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX ", *crc, versions[i].crc); return 0; } /* Not in module's version table. OK, but that taints the kernel. */ if (!(tainted & TAINT_FORCED_MODULE)) { printk("%s: no version for "%s" found: kernel tainted. ", mod->name, symname); add_taint(TAINT_FORCED_MODULE); } return 1; check_version在循环中只是在寻找struct_module符号, 如果没找到呢? 它会直接返回1! 没错, 这是一个 逻辑bug,在正常情况下,module必会有一个struct_module的符号, 这是modpost生成的。如果我们修改elf文件, 把struct_module这个符号改名,岂不是就可以绕过crc验证了吗? 先做个实验看下: .mod.c是由modpost这个工具生成的, 它在linux-2.6.18/scripts/Makefile.modpost文件中被调用, 去看下: PHONY += __modpost __modpost: $(wildcard vmlinux) $(modules:.ko=.o) FORCE $(call cmd,modpost) @sleep 30 // add line 我们用一个很土的方法, 就是在编译模块的时候,modpost生成.mod.c文件后, 暂停下编译,sleep 30秒吧,我们用 这个时间去改写下.mod.c, 把struct_module换个名字。 随便将struct_module改个名: [root@localhost list]# cat list.mod.c ... static const struct modversion_info ____versions[] __attribute_used__ __attribute__((section("__versions"))) = { { 0x89e24b9c, "stauct_module" }, //modify line { 0x1b7d4074, "printk" }, }; ... 我们是在AS3下编译的, 然后拷贝到AS3SP1下, 在执行下insmod看下: [root@localhost ~]# insmod list.ko [root@localhost ~]# dmesg|tail ata_piix libata sd_mod scsi_mod ext3 jbd ehci_hcd ohci_hcd uhci_hcd 成功了! 这跟我们预期的一样, 我们用这个逻辑bug绕过了模块的crc验证! 这个bug直到2.6.31版本中才得到修正。 我们可以用这种方法在Asianux or redhat主机中任意安装模块了。 那么怎样绕过在2.6.31以后的内核呢? 看下它是怎么修补的: for (i = 0; i < num_versions; i++) { if (strcmp(versions[i].name, symname) != 0) continue; if (versions[i].crc == *crc) return 1; DEBUGP("Found checksum %lX vs module %lX ", *crc, versions[i].crc); goto bad_version; } printk(KERN_WARNING "%s: no symbol version for %s ", mod->name, symname); return 0; bad_version: printk("%s: disagrees about version of symbol %s ", mod->name, symname); return 0; 如果没找到struct_module也会返回0, 这样我们就必须将struct_module的值改为正确后, 才能继续安装。 如何找到模块符号的crc值呢? 我们可以去找目标主机中那些已被系统加载的模块的crc值,如ext3文件系统的模块, 或者自己写个程序去解析elf文件, 就可以得到某些符号的crc值了。 还有没有更简单的方法呢?去/boot目录下看看,symvers-2.6.18-128.7AXS3.gz貌似和crc有关,gunzip解压后看看: [root@localhost boot]# grep 'struct_module' symvers-2.6.18-128.7AXS3 0x89e24b9c struct_module vmlinux EXPORT_SYMBOL复制代码 原来内核中所有符号的crc值都保存在这个文件中。如何改写struct_module的值呢,可以用上面那个土方法, 或者自己写程序去解析elf文件, 然后改写其值。 3.2 如何突破vermagic验证: 如果我们用list.mod.c中的做法, 用MODULE_INFO宏来生成一个与目标主机相同的vermagic呢? 答案是 否定的,gcc链接的时候会把modinfo小节链接在最后,加载模块的时候还是会读取第一个.modinfo小节。 我们可以用上面那种很土的方法, 先用modinfo命令得到目标主机中某个模块的信息: [root@localhost list]# modinfo /lib/modules/2.6.18-128.7AXS3/kernel/fs/ext3/ext3.ko filename: /lib/modules/2.6.18-128.7AXS3/kernel/fs/ext3/ext3.ko license: GPL description: Second Extended Filesystem with journaling extensions author: Remy Card, Stephen Tweedie, Andrew Morton, Andreas Dilger, Theodore Ts'o and others srcversion: B048AC103E5034604A721C5 depends: jbd vermagic: 2.6.18-128.7AXS3 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1 然后在用那个很土的方面, 将.mod.c中vermagic值进行修改。 ... MODULE_INFO(vermagic, "2.6.18-128.7AXS3 SMP mod_unload 686 REGPARM 4KSTACKS gcc-4.1"); //modify line ... 4、总结 前面有一点没有提到, 就是某些内核版本的相同接口的函数代码可能已经变化, 这样在使用这项技术的时候, 最好在同一个大内核版本使用。本人在ubuntu 9.04 上编译然后放入AXS3SP1中#insmod list.ko模块插入没有问题, 但是没有打印出任何信息,这就是kernel版本差别大的结果。