seccomp-bpf+ptrace实现修改系统调用原理

移动安全 2年前 (2023) admin

404 0 0

本文为看雪论坛优秀文章

看雪论坛作者ID：王麻子本人

目前绝大部分app都会频繁的使用syscall去获取设备指纹和做一些反调试，使用常规方式过反调试已经非常困难了，使用内存搜索svc指令已经不能满足需求了，开始学习了一下通过ptrace/ptrace配合seccomp来解决svc反调试难定位难绕过等问题。

seccomp

Linux 2.6.12中的导入了第一个版本的seccomp，通过向/proc/PID/seccomp接口中写入“1”来启动通过滤器只支持几个函数。

read()，write()，_exit()，sigreturn()

使用其他系统调用就会收到信号(SIGKILL)退出。测试代码如下：

#include <fcntl.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/prctl.h>#include <linux/seccomp.h> void configure_seccomp() {    printf("Configuring seccompn");    prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_STRICT);}int main(int argc, char* argv[]) {    int infd, outfd;    if (argc < 3) {        printf("Usage:nt%s <input path> <output_path>n", argv[0]);        return -1;    }    printf("Starting test seccomp Y/N?");    char c = getchar();    if (c == 'y' || c == 'Y') configure_seccomp();    printf("Opening '%s' for readingn", argv[1]);    if ((infd = open(argv[1], O_RDONLY)) > 0) {        ssize_t read_bytes;        char buffer[1024];        printf("Opening '%s' for writingn", argv[2]);        if ((outfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT, 0644)) > 0) {            while ((read_bytes = read(infd, &buffer, 1024)) > 0)                write(outfd, &buffer, (ssize_t)read_bytes);        }        close(infd);        close(outfd);    }    printf("End!n");     return 0;}

可以看到执行到22行就结束了没执行到 Eed.
seccomp-bpf+ptrace实现修改系统调用原理

seccomp-bpf

Seccomp-BPF（Berkeley Packet Filter）是Linux内核中的一种安全机制，用于限制进程对系统调用的访问权限。它主要用于防止恶意软件对系统的攻击，提高系统的安全性。

Seccomp-BPF使用BPF（Berkeley Packet Filter）技术来实现系统调用过滤，可以使用BPF程序指定哪些系统调用可以被进程访问，哪些不能。BPF程序由一组BPF指令组成，可以在系统调用执行之前对其进行检查，以决定是否允许执行该系统调用。

Seccomp-BPF提供了两种模式：白名单模式和黑名单模式。白名单模式允许所有系统调用，除非明确指定不允许的系统调用。黑名单模式禁止所有系统调用，除非明确指定允许的系统调用。这两种模式的选择取决于您的实际需求。

Seccomp-BPF提供了一个钩子函数，在系统调用执行之前会进入到这个函数，对系统调用进行检查，如果BPF程序允许执行该系统调用，则进程可以继续执行，否则会抛出一个异常。

1.BPF确定了一个可以在内核内部实现的虚拟机，该虚拟机具有以下特性：

简单指令集    小型指令集    所有的命令大小相一致    实现过程简单、快速只有分支向前指令    程序是有向无环图(DAGs)，没有循环易于验证程序的有效性/安全性    简单的指令集⇒可以验证操作码和参数    可以检测死代码    程序必须以 Return 结束    BPF过滤器程序仅限于4096条指令

2.Seccomp-BPF 使用的也只是BPF的子集功能：

Conditional JMP(条件判断跳转)    当匹配条件为真，跳转到true指定位置    当 匹配条件为假，跳转到false指定位置    跳转偏移量最大255JMP(直接跳转)    跳转目标是指令偏移量    跳转 偏移量最大255Load(数据读取)    读取程序参数    读取指定的16位内存地址Store(数据存储)    保存数据到指定的16位内存地址中支持的运算    + - * / & | ^ >> << !返回值    SECCOMP_RET_ALLOW -  允许继续使用系统调用    SECCOMP_RET_KILL - 终止系统调用    SECCOMP_RET_ERRNO -  返回设置的errno值    SECCOMP_RET_TRACE -  通知附加的ptrace（如果存在）    SECCOMP_RET_TRAP - 往进程发送 SIGSYS信号最多只能有4096条命令不能出现循环

Seccomp-BPF程序接收以下结构作为输入参数：

/** * struct seccomp_data - the format the BPF program executes over. * @nr: the system call number * @arch: indicates system call convention as an AUDIT_ARCH_* value *        as defined in <linux/audit.h>. * @instruction_pointer: at the time of the system call. * @args: up to 6 system call arguments always stored as 64-bit values *        regardless of the architecture. */struct seccomp_data {    int nr;    __u32 arch;    __u64 instruction_pointer;    __u64 args[6];};

使用示例：

在这种情况下，seccomp-BPF 程序将允许使用 O_RDONLY 参数打开第一个调用 , 但是在使用 O_WRONLY | O_CREAT 参数调用 open 时终止程序。

#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <stddef.h>#include <sys/prctl.h>#include <linux/seccomp.h>#include <linux/filter.h>#include <linux/unistd.h> void configure_seccomp() {  struct sock_filter filter [] = {    BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, (offsetof(struct seccomp_data, nr))),    BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, __NR_write, 0, 1),    BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW),    BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, __NR_open, 0, 3),    BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, (offsetof(struct seccomp_data, args[1]))),    BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, O_RDONLY, 0, 1),    BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW),    BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_KILL)  };  struct sock_fprog prog = {       .len = (unsigned short)(sizeof(filter) / sizeof (filter[0])),       .filter = filter,  };   printf("Configuring seccompn");  prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0);  prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog);} int main(int argc, char* argv[]) {  int infd, outfd;  ssize_t read_bytes;  char buffer[1024];   if (argc < 3) {    printf("Usage:ntdup_file <input path> <output_path>n");    return -1;  }  printf("Ducplicating file '%s' to '%s'n", argv[1], argv[2]);   configure_seccomp(); //配置seccomp   printf("Opening '%s' for readingn", argv[1]);  if ((infd = open(argv[1], O_RDONLY)) > 0) {    printf("Opening '%s' for writingn", argv[2]);    if ((outfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT, 0644)) > 0) {        while((read_bytes = read(infd, &buffer, 1024)) > 0)          write(outfd, &buffer, (ssize_t)read_bytes);    }  }  close(infd);  close(outfd);  return 0;}

seccomp-bpf+ptrace实现修改系统调用原理

使用ptrace修改系统调用

将getpid()的实现改为mkdir()的实现。主要是通过ptrace函数来跟踪子进程，获取其寄存器中的信息，然后根据需求替换对应的系统调用。

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <errno.h>#include <unistd.h>#include <ctype.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <sys/user.h>#include <sys/signal.h>#include <sys/wait.h>#include <sys/ptrace.h>#include <sys/fcntl.h>#include <syscall.h>  void die (const char *msg){  perror(msg);  exit(errno);} void attack(){  int rc;  syscall(SYS_getpid, SYS_mkdir, "dir", 0777);} int main(){  int pid;  struct user_regs_struct regs;  switch( (pid = fork()) ) {    case -1:  die("Failed fork");    case 0:               ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, NULL, NULL);              kill(getpid(), SIGSTOP);              attack();              return 0;  }   waitpid(pid, 0, 0);   while(1) {    int st;     ptrace(PTRACE_SYSCALL, pid, NULL, NULL);    if (waitpid(pid, &st, __WALL) == -1) {      break;    }     if (!(WIFSTOPPED(st) && WSTOPSIG(st) == SIGTRAP)) {      break;    }     ptrace(PTRACE_GETREGS, pid, NULL, &regs);    printf("orig_rax = %lldn", regs.orig_rax);      if (regs.rax != -ENOSYS) {      continue;    }      if (regs.orig_rax == SYS_getpid) {      regs.orig_rax = regs.rdi;      regs.rdi = regs.rsi;      regs.rsi = regs.rdx;      regs.rdx = regs.r10;      regs.r10 = regs.r8;      regs.r8 = regs.r9;      regs.r9 = 0;      ptrace(PTRACE_SETREGS, pid, NULL, &regs);    }  }  return 0;}

使用seccomp-bpf+ptrace加ptrace修改系统调用

看一下main函数这里设置了跟踪openat系统调用子进程请求父进程附加父进程开启ptrace+seccomp。

1.main

int main(){    pid_t pid;    int status;    if ((pid = fork()) == 0) {        /* 目前是跟踪open系统调用 */        struct sock_filter filter[] = {            BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, offsetof(struct seccomp_data, nr)),            BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, __NR_openat, 0, 1),            BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_TRACE),            BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW),        };        struct sock_fprog prog = {            .filter = filter,            .len = (unsigned short) (sizeof(filter)/sizeof(filter[0])),        };        //告诉父进程允许子进程跟踪        ptrace(PTRACE_TRACEME, 0, 0, 0);        /* 避免需要 CAP_SYS_ADMIN */        if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0) == -1) {            perror("prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS)");            return 1;        }        if (prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog) == -1) {            perror("when setting seccomp filter");            return 1;        }        kill(getpid(), SIGSTOP);        ssize_t count;        char buf[256];        int fd;        fd = syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/tuzi.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/asdss.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/asda.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/TsdsaWO.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/sadas.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/sad.txt", O_RDONLY);        syscall(__NR_openat,fd,"/data/local/tmp/asda.txt", O_RDONLY);        //printf("fd : %d n" ,fd);        if (fd == -1) {            perror("open");            return 1;        }        while((count = syscall(__NR_read, fd, buf, sizeof(buf))) > 0) {            syscall(__NR_write, STDOUT_FILENO, buf, count);        }        syscall(__NR_close, fd);     } else {        waitpid(pid, &status, 0);        //尝试开启ptrace+seccomp        ptrace(PTRACE_SETOPTIONS, pid, 0, PTRACE_O_TRACESECCOMP);        process_signals(pid);        return 0;    }}

2.bpf结构

下面来解释一下bpf结构，BPF 被定义为一种虚拟机 (VM)，它具有一个数据寄存器或累加器、一个索引寄存器和一个隐式程序计数器 (PC)。它的“汇编”指令被定义为具有以下格式的结构：

struct sock_filter {    u_short code;    u_char  jt;    u_char  jf;    u_long k;};

有累加器，跳转等待码（操作码），jt和jf是跳转指令中使用的程序计数器的增量，而k是一个辅助值，其用法取决于代码编号。

BPFs有一个可寻址空间，其中的数据在网络情况下是一个数据包数据报，对于seccomp有一下结构：

struct seccomp_data {    int   nr;                   /* System call number */    __u32 arch;                 /* AUDIT_ARCH_* value                                   (see <linux/audit.h>) */    __u64 instruction_pointer;  /* CPU instruction pointer */    __u64 args[6];              /* Up to 6 system call arguments */};

所以bpfs在seccomp中做的是对这些数据进行操作并返回一个值告诉内核下一步做什么，比如：

允许进程执行调用（SECCOMP_RET_ALLOW）终止（SECCOMP_RET_KILL）

详细见文档：seccomp文档（https://manpages.ubuntu.com/manpages/xenial/man2/seccomp.2.html）

现在我们可以根据系统调用号和参数进行过滤，bpf过滤器被定义为一个sock_filter结构，其中每条都是一个bpf指令。

BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, offsetof(struct seccomp_data, nr)),BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, __NR_openat, 0, 1),BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_TRACE),BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW),

BPF_STMT和BPF_JUMP是两个填充sock_filter结构的简单红。他在参数上有所不同。其中包括BPF_JUMP中的跳跃偏移量。在两种情况下。第一个参数都是操作码，作为助记符帮助：例如，第一个参数是使用绝对寻址(BPF_ABS) 将一个字 (BPF_W) 加载到累加器 (BPF_LD) 中。

第一条指令是要求VM将呼叫号码加载nr到累加器。第二条将与openat的系统调用号进行比较。如果他们相等（pc + o），则要求vm不修改计数器。因此运行第三条指令，否则跳转到PC+1，这是第四条指令（当执行到这条指令时，pc已经指向第三条指令）。因此如果这是一个开放的系统调用，我们将返回SECCOMP_RET_TRACE，这会调用跟踪器否则返回SECCOMP_RET_ALLOW，这将会让没有被跟踪的系统调用直接执行。

然后是第一次调用 prctl 设置PR_SET_NO_NEW_RPIVS,这会阻止子进程拥有比父进程更多的权限。他使用PR_SET_SECCOMP选择设置seccomp过滤器，不是root用户也可以使用，之后使用openat系统调用进行打开文件等操作。

父进程我设置了PTRACE_O_TRACESECCOMP 选项，当过滤器返回 SECCOMP_RET_TRACE 并将事件信号发送给跟踪器时，跟踪器将停止。此函数的另一个变化是我们不再需要设置 PTRACE_O_TRACESYSGOOD，因为我们被 seccomp 中断，而不是因为系统调用。

3.最终功能

static void process_signals(pid_t child){    char file_to_redirect[256] = "/data/local/tmp/tuzi1.txt";    char file_to_avoid[256] = "/data/local/tmp/tuzi.txt";    int status;    while(1) {        char orig_file[PATH_MAX];        struct user_pt_regs regs;        struct iovec io;        io.iov_base = &regs;        io.iov_len = sizeof(regs);        ptrace(PTRACE_CONT, child, 0, 0);        waitpid(child, &status, 0);        ptrace(PTRACE_GETREGSET, child, (void*)NT_PRSTATUS, &io);        if (status >> 8 == (SIGTRAP | (PTRACE_EVENT_SECCOMP << 8)) ){            switch (regs.regs[8])            {            case __NR_openat:                read_file(child, orig_file,regs);                if (strcmp(file_to_avoid, orig_file) == 0){                    putdata(child,regs.regs[1],file_to_redirect,strlen(file_to_avoid)+1);            }        }         if (WIFEXITED(status)){            break;        }    }}