hyeonjun17/cve-2022-2590-analysisПодробный анализ CVE-2022-2590, состояния гонки в ядре Linux в разделяемой памяти (shmem), позволяющего выполнять произвольную запись в страницы только для чтения через userfaultfd и обход FOLL_FORCE/COW.
Версия ядра Linux: Linux/x86 6.0.0-rc1 (коммит 37887783b3fef877bf34b8992c9199864da4afcb)
Эта уязвимость позволяет атакующему записать произвольное содержимое в страницу разделяемой памяти, доступную только для чтения, удовлетворяя условие функции can_follow_write_pte, которая проверяет FOLL_FORCE, FOLL_COW и pte_dirty, с помощью UFFDIO_CONTINUE.
/*
* FOLL_FORCE can write to even unwritable pte's, but only
* after we've gone through a COW cycle and they are dirty.
*/
static inline bool can_follow_write_pte(pte_t pte, unsigned int flags)
{
return pte_write(pte) ||
((flags & FOLL_FORCE) && (flags & FOLL_COW) && pte_dirty(pte));
}
Функция выше определяет, является ли pte доступной для записи.
Pte считается доступной для записи, если выполняется одно из следующих условий:
Чтобы удовлетворить условие 2, необходимо установить следующие три флага:
FOLL_FORCE
static ssize_t mem_rw(struct file *file, char __user *buf,
size_t count, loff_t *ppos, int write)
{
...
flags = FOLL_FORCE | (write ? FOLL_WRITE : 0);
while (count > 0) {
size_t this_len = min_t(size_t, count, PAGE_SIZE);
if (write && copy_from_user(page, buf, this_len)) {
copied = -EFAULT;
break;
}
this_len = access_remote_vm(mm, addr, page, this_len, flags); // __get_user_pages с FOLL_FORCE
if (!this_len) {
if (!copied)
copied = -EIO;
break;
}
...
}
Функция выше выполняет операции чтения/записи над /proc/<pid>/mem.
Используя эту функцию, можно вызвать функцию __get_user_pages с установленным флагом FOLL_FORCE.
Хотя FOLL_FORCE предназначен для использования в ptrace, его необходимость была доказана в следующем коммите: https://github.com/torvalds/linux/commit/f511c0b17b081562dca8ac5061dfa86db4c66cc2
FOLL_COW
/*
* mmap_lock must be held on entry. If @locked != NULL and *@flags
* does not include FOLL_NOWAIT, the mmap_lock may be released. If it
* is, *@locked will be set to 0 and -EBUSY returned.
*/
static int faultin_page(struct vm_area_struct *vma,
unsigned long address, unsigned int *flags, bool unshare,
int *locked)
{
...
/*
* The VM_FAULT_WRITE bit tells us that do_wp_page has broken COW when
* necessary, even if maybe_mkwrite decided not to set pte_write. We
* can thus safely do subsequent page lookups as if they were reads.
* But only do so when looping for pte_write is futile: in some cases
* userspace may also be wanting to write to the gotten user page,
* which a read fault here might prevent (a readonly page might get
* reCOWed by userspace write).
*/
if ((ret & VM_FAULT_WRITE) && !(vma->vm_flags & VM_WRITE))
*flags |= FOLL_COW;
return 0;
}
Операция OR с FOLL_COW в функции faultin_page может быть использована; это часть патча для Dirty COW.
static long __get_user_pages(struct mm_struct *mm,
unsigned long start, unsigned long nr_pages,
unsigned int gup_flags, struct page **pages,
struct vm_area_struct **vmas, int *locked)
{
...
retry:
/*
* If we have a pending SIGKILL, don't keep faulting pages and
* potentially allocating memory.
*/
if (fatal_signal_pending(current)) {
ret = -EINTR;
goto out;
}
cond_resched();
page = follow_page_mask(vma, start, foll_flags, &ctx); // can_follow_write_pte
if (!page || PTR_ERR(page) == -EMLINK) {
ret = faultin_page(vma, start, &foll_flags,
PTR_ERR(page) == -EMLINK, locked); // flags |= FOLL_COW
switch (ret) {
case 0:
goto retry; // повторить попытку поиска страницы
case -EBUSY:
case -EAGAIN:
ret = 0;
fallthrough;
case -EFAULT:
case -ENOMEM:
case -EHWPOISON:
goto out;
}
BUG();
} else if (PTR_ERR(page) == -EEXIST) {
...
}
Чтобы достичь функции can_follow_write_pte с установленным флагом FOLL_COW, необходимо вызвать функцию faultin_page внутри __get_user_pages, перейти на метку retry и снова вызвать faultin_page.
pte_dirty
Это условие может быть выполнено благодаря следующему коммиту: https://github.com/torvalds/linux/commit/9ae0f87d009ca6c4aab2882641ddfc319727e3db
/*
* Install PTEs, to map dst_addr (within dst_vma) to page.
*
* This function handles both MCOPY_ATOMIC_NORMAL and _CONTINUE for both shmem
* and anon, and for both shared and private VMAs.
*/
int mfill_atomic_install_pte(struct mm_struct *dst_mm, pmd_t *dst_pmd,
struct vm_area_struct *dst_vma,
unsigned long dst_addr, struct page *page,
bool newly_allocated, bool wp_copy)
{
...
_dst_pte = mk_pte(page, dst_vma->vm_page_prot);
_dst_pte = pte_mkdirty(_dst_pte); // установить pte как dirty безусловно
if (page_in_cache && !vm_shared)
writable = false;
...
}
Благодаря приведённому выше патчу, можно установить pte для страницы разделяемой памяти, доступной только для чтения, в состояние dirty безусловно.
Если эти три флага удовлетворены, функция can_follow_write_pte вернёт true.
static struct page *follow_page_pte(struct vm_area_struct *vma,
unsigned long address, pmd_t *pmd, unsigned int flags,
struct dev_pagemap **pgmap)
{
...
// true && !true == false
if ((flags & FOLL_WRITE) && !can_follow_write_pte(pte, flags)) {
pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
return NULL;
}
page = vm_normal_page(vma, address, pte); // получить страницу разделяемой памяти, доступную только для чтения
...
out:
pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
return page;
no_page:
pte_unmap_unlock(ptep, ptl);
if (!pte_none(pte))
return NULL;
return no_page_table(vma, flags);
}
Функция follow_page_pte возвращает страницу разделяемой памяти, доступную только для чтения.
Ниже описан сценарий гонки, подтверждённый PoC, который будет представлен далее.
| madvise и чтение | ioctl UFFDIO_CONTINUE | pwrite |
|---|---|---|
| madvise // сбросить страницу | ||
| shmem_fault // ошибка чтения | ||
| handle_userfault | ||
| userfaultfd_continue | ||
| mcontinue_atomic_pte | ||
| ret = shmem_getpage(inode, pgoff, &page, SGP_NOALLOC); // получить страницу | ||
| mfill_atomic_install_pte | ||
| _dst_pte = pte_mkdirty(_dst_pte); // сделать pte грязным | ||
| set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte); // установить pte | mem_rw | |
| access_remote_vm // с FOLL_FORCE | ||
| __get_user_pages | ||
| can_follow_write_pte // нет FOLL_COW, возвращает 0 | ||
| faultin_page | ||
| flags | ||
| retry: | ||
| follow_page_pte | ||
| madvise // сбросить страницу | ||
| shmem_fault // ошибка чтения | ||
| handle_userfault | ||
| userfaultfd_continue | ||
| mcontinue_atomic_pte | ||
| ret = shmem_getpage(inode, pgoff, &page, SGP_NOALLOC); // получить страницу | ||
| mfill_atomic_install_pte | ||
| _dst_pte = pte_mkdirty(_dst_pte); // сделать pte грязным | ||
| set_pte_at(dst_mm, dst_addr, dst_pte, _dst_pte); // установить pte | ||
| can_follow_write_pte // возвращает 1 | ||
| copy_to_user(buf, page, this_len) // запись содержимого на страницу, доступную только для чтения |
Процедуры madvise и чтение выполняются дважды; первый вызов вызывает retry в __get_user_pages, а второй направляет follow_page_pte на возврат страницы, на которую указывает pte, ставший грязным благодаря mfill_atomic_install_pte.