SEED实验——Environment Variable and Set-UID Program实验报告

任务一：操作环境变量

实验过程一：用printenv或env打印出环境变量。

在终端输入命令，显示结果如下图所示:

经过实验发现，printenv和env均可输出当前系统的环境变量。不同的是printenv不加参数和env一样，而printenv可以打印指定名称的环境变量。

实验过程二：使用export或者unset命令设置或去掉环境变量。

任务二：集成环境变量

实验过程：child和child2文件略。

实验结论：

通过比较这两个文件，可以发现，这两个文件输出的环境变量完全相同。说明原环境变量被子进程完全继承。通过man fork，对fork函数做了进一步了解。fork函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，子进程自父进程继承了进程的资格，环境，堆栈与内存根目录等；但是子进程没有继承父进程的某些特性，比如父进程号，文件描述符，在tms结构中的系统时间，资源使用等。

任务三：环境变量和execve()

实验过程一：编译并运行以下程序。描述观察到的实验结果。该程序简单地调用了/usr/bin/env,该系统调用能够打印出当前进程的环境变量。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

extern char **environ;
 int main()  
 {
 char *argv[2];
 argv[0] = "/usr/bin/env";
 argv[1] = NULL;
 execve("/usr/bin/env", argv, NULL);
 return 0 ;
 }

观察到的实验结果如图所示：

execve()

实验过程二：改变execve()函数的参数，描述你观察到的结果。

补充：execve()函数的使用方法：

int execve(const char * filename，char * const argv[]，char * const envp[])

execve()用来执行参数filename字符串所代表的文件路径，filename必须是一个二进制的可执行文件，或者是一个脚本以#!格式开头的解释器参数。如果是后者，这个解释器必须是一个可执行的有效的路径名。第二个参数系利用数组指针来传递给执行文件，argv是要调用的程序执行的参数序列，也就是我们要调用的程序需要传入的参数。envp则为传递给执行文件的新环境变量数组,同样也为参数序列。

实验结论：请得出关于新程序如何获取其环境变量的结论。

任务四：环境变量和system()

实验过程：编译并运行以下程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    system("/usr/bin/env");
    return 0 ;
}

运行结果为：

运行结果分析：

先看一下system（）函数的简单介绍。system函数定义为 int system（const char * string），该函数调用/bin/sh来执行参数指定的命令,/bin/sh一般是一个软连接，指向某个具体的shell，比如bash,-c 选项是告诉shell从字符串command中读取命令；在该command执行期间，SIGCHLD信号会被暂时搁置，SIGINT和SIGQUIT则会被忽略，意思是进程收到这两个信号后没有任何动作。system（）函数的函数返回值有些复杂。为了更好地理解system（）函数的返回值，需要了解其执行过程，实际上system（）函数执行了三步操作：

1 fork一个子进程；
2 在子进程中调用exec函数去执行command；
3 在父进程中调用wait去等待子进程结束。

若fork失败，system（）函数返回-1。如果exec执行成功，也即command顺利执行完毕，则返回command通过exit或return返回的值。（注意，command顺利执行不代表执行成功，例如command：“rm debuglog.txt”，不管文件存不存在该command都顺利执行了）如果exec执行失败，也即command没有顺利执行，比如信号被中断，或者command命令根本不存在，system（）函数返回127，如果command为NULL，则system（）函数返回值非0，一般为1。

具体看一下system（）函数的实现：

int system(const char * cmdstring) 
{ 
pid_t pid; 
int status; 
if(cmdstring == NULL) 
{ 
return (1); //如果cmdstring为空，返回非零值，一般为1 
} 
if((pid = fork())<0) 
{ 
 status = -1; //fork失败，返回-1 
} 
else if(pid == 0) 
{ 
execl("/bin/sh", "sh", "-c", cmdstring, (char *)0); 
_exit(127); // exec执行失败返回127，注意exec只在失败时才返回现在的进程，成功的话现在的进程就不存在啦~~ 
} 
else //父进程 
{ 
while(waitpid(pid, &status, 0) < 0) 
{ 
if(errno != EINTR) 
{ 
status = -1; //如果waitpid被信号中断，则返回-1 
break; 
} 
} 
} 
return status; //如果waitpid成功，则返回子进程的返回状态 
}

任务五：环境变量和Set-UID程序

实验过程一：在当前步骤中写一个能够输出所有环境变量的程序。

我写的能够传输所有环境变量的程序如下：

/************ task5.c************/
#include <stdio.h>
extern char** environ;

int main()
{
    int nIndex = 0;
    for（nIndex = 0; environ[nIndex] != NULL; nIndex++）
    {
        printf("%s
",environ[nIndex]);
    }
}

实验过程二：编译以上程序，将其权限改为roo权限，使其成为一个Set-UID程序。
使用如下命令：
chown root:root task5.c
将task5.c的权限改为root权限。
实验过程三：使用一般用户登录终端，使用export命令设置如下环境变量：PATH LD_LIBRARY_PATH ANY_NAME
设置PATH环境变量(可执行程序的查找路径)：
export PATH=$PATH:/xlwang
设置LD_LIBRARY_PATH环境变量(动态库的查找路径)：
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/xlwang

*设置XLWANG环境变量：
`export XLWANG=$XLWANG:/555

*运行上述程序的可执行文件，得到下列结果。由下图所示，以上三个被定义的环境变量全部被包括在shell中。

任务六：PATH环境变量和Set-UID程序

实验过程一：以下Set-UID程序应该执行/bin/ls命令。但是，程序员只能使用ls命令的相对路径，而不是绝对路径：

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

编译上述程序，并将其所有者改为root，将其设置为Set-UID程序。你可以让这个Set-UID程序运行你的代码而不是/bin/ls吗？描述和解释你的观察。

实验过程二：将上述代码段补齐，并命名为task6.c，用GCC对其进行编译，将其编译后的可执行文件权限改为root权限。运行task6，发现该程序执行的是ls命令。由于system（）函数是调用了shell环境变量，运行task5,发现SHELL=/bin/bash。于是将自己的可执行文件夹所在的目录加在了SHELL环境变量的开头：
`export SHELL=/xlwang/3:$SHELL

又将task6.c中的system（）函数的参数改为task5,即想让该程序执行task5程序。

运行./task6。在终端中输出了所有的环境变量。

任务七：LD_PRELOAD环境变量和Set-UID程序

实验过程一：我们新建一个动态链接库。命名下面的代码为mylib.c，该程序基本上覆盖了libc中的sleep函数：

#include <stdio.h>
  void sleep (int s)
  {
    /* If this is invoked by a privileged program, 
       you can do damages here!  */
    printf("I am not sleeping!
");
  }

用下列命令编译mylib.c：
gcc -fPIC -g -c mylib.c #fPIC表示编译生成代码与位置无关
gcc -shared -o libmylib.so.1.0.1 mylib.o -lc #让编译器知道是要编译一个共享库
设置LD_PRELOAD环境变量：

export LD_PRELOAD=./libmylib.so.1.0.1
编译myprog程序，在链接库libmylib.so.1.0.1的相同目录下：

/* myprog.c */
  int main()
  {
    sleep(1);
    return 0;
  }

在以下情况中运行myprog程序：

以普通用户的身份运行myprog程序。
以普通用户运行拥有root权限的myprog程序。
使myprog成为一个Set-UID user1程序，在user2用户（非root用户）中再次设置LD_PRELOAD环境变量，运行myprog程序。

执行结果：

以普通用户的身份运行myprog程序时，输出：I am not sleeping!
以普通用户运行拥有root权限的myprog程序时，无输出。
在user2用户中再次设置LD_PRELOAD环境变量并运行myprog程序时，输出：I am not sleeping!

观察以上三次程序的执行结果，理解导致他们不同的原因。环境变量起了作用。设计实验证明主要因素，并解释第二步中行为的不同。

导致他们不同的原因就在于LD_PRELOAD环境变量。LD_PRELOAD环境变量是Unix动态链接库的世界中的一个环境变量，它可以影响程序的运行时的链接，它允许你定义在程序运行前优先加载的动态链接库。这个功能主要是用来有选择性的载入不同动态链接库中的相同函数。在该实验中，mylib.c通过sleep函数，生成了一个libmylib.so.1.0.1链接库。然后将该链接库添加到LD_PRELOAD环境变量上。比较这三次实验，第一次和第三次实验myprog程序均具有seed用户权限，而在seed用户的LD_PRELOAD环境变量中也添加了该链接库。因此，这两个实验

任务八：使用system()和execve()调用外部程序

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  char *v[3];
  char *command;

  if(argc < 2) {
    printf("Please type a file name.
"); 
    return 1;
  }

  v[0] = "/bin/cat"; v[1] = argv[1]; v[2] = NULL;

  command = malloc(strlen(v[0]) + strlen(v[1]) + 2);
  sprintf(command, "%s %s", v[0], v[1]);

  // Use only one of the followings.
  system(command);
  // execve(v[0], v, NULL);

  return 0 ;
}

实验过程一：编译上面的程序，赋予其root用户权限，并将其变为SET-UID程序：

该程序将会使用system()来调用命令。若将上述代码中的
v[0] = "/bin/cat"改为v[0] = "rm",即删除命令。并新建一个test.c文件，将其权限改为000，执行以下命令：
./task8 ./test.c
可发现test.c文件被删除。整个过程如下图所示。

本来test.c对seed用户是不可写的，但因为task8是SET-UID程序，且时root权限，因此可以删除test.c文件。由此可得出结论：set-UID程序是非常危险的。

实验过程二：注释掉system(command)语句，并取消注释execve()语句；程序将使用execve()来调用命令。编译程序，并使其成为Set-UID程序。那么在步骤一中的攻击是否仍然有效？

任务九：权能泄露

实验过程：编译以下程序，将其所有者更改为root，并将其设置为Set-UID程序。以普通用户身份运行程序，并描述您所观察到的内容。文件/etc/zzz是否被修改？

请解释你的观察过程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>

void main()
{ int fd;

  /* Assume that /etc/zzz is an important system file,
   * and it is owned by root with permission 0644.
   * Before running this program, you should creat
   * the file /etc/zzz first. */
  fd = open("/etc/zzz", O_RDWR | O_APPEND);
  if (fd == -1) {
     printf("Cannot open /etc/zzz
");
     exit(0);
  }

  /* Simulate the tasks conducted by the program */
  sleep(1);

  /* After the task, the root privileges are no longer needed,
     it's time to relinquish the root privileges permanently. */
  setuid(getuid());  /* getuid() returns the real uid */

  if (fork()) { /* In the parent process */
    close (fd);
    exit(0);
  } else { /* in the child process */
    /* Now, assume that the child process is compromised, malicious
       attackers have injected the following statements
       into this process */

    write (fd, "Malicious Data
", 15);
    close (fd);
  }
}

Reference

http://blog.sina.com.cn/s/blog_8043547601017qk0.html
http://blog.csdn.net/haoel/article/details/1602108