Android(安卓)adb setuid提权漏洞的分析

原文：http://blog.claudxiao.net/2011/04/android-adb-setuid/

去年的Android adb setuid提权漏洞被用于各类root刷机，漏洞发现人Sebastian Krahmer公布的利用工具RageAgainstTheCage（rageagainstthecage-arm5.bin）被用于z4root等提权工具、Trojan.Android.Rootcager等恶意代码之中。下面我们来分析这一漏洞的产生原因。

The Android Exploid Crew小组在后来发布了一份PoC代码：rageagainstthecage.c。从这份代码开始着手。

在main(:72)函数中，首先获取了RLIMIT_NPROC的值(:83)，这个值是Linux内核中定义的每个用户可以运行的最大进程数。

然后，调用find_adb()函数(:94)来搜索Android系统中adb进程的PID，具体而言，该函数读取每个进程对应的文件的/proc/<pid>/cmdline，根据其是否等于”/sbin/adb”来判断是否adb进程。

接下来，fork了一个新的进程(:109)，父进程退出，而子进程继续。接下来，在113行创建一个管道。

rageagainstthecage.c
`if` `(fork() > 0)` `exit` `(0);` `setsid();` `pipe(pepe);`

重头戏发生在下面的122到138行，代码如下：

rageagainstthecage.c
`if` `(fork() == 0) {` `close(pepe[0]);` `for` `(;;) {` `if` `((p = fork()) == 0) {` `exit` `(0);` `}` `else` `if` `(p < 0) {` `if` `(new_pids) {` `printf` `(` `"\n[+] Forked %d childs.\n"` `, pids);` `new_pids = 0;` `write(pepe[1], &c, 1);` `close(pepe[1]);` `}` `}` `else` `{` `++pids;` `}` `}` `}`

新建一个进程后，在子进程之中，exploit代码不断地fork()(:125)，而新的子进程不断退出，从而产生大量的僵尸进程（占据shell用户的进程数）。最终，进程数达到上限，fork()返回小于0，于是打印当前已经创建多少子进程，并向管道输入一个字符（:131）。

在这里，管道的作用是和(:122)fork出来的父进程同步，该进程在141行read这一管道，因而阻塞直至僵尸进程已经达到上限(:131)。

进一步的，exploit杀掉adb进程，并在系统检测到这一现象并重启一个adb之前，再一次fork()，将前一个adb留下的进程空位占据。最后，在152行，exploit调用wait_for_root_adb()，等待系统重启一个adb，这个新建的adb就会具有root权限。

为什么在shell用户的进程数达到上限RLIMIT_NPROC以后，新建的adb会具有root权限？我们来看adb的源码。

在<android_src>/system/core/adb/adb.c的第918行，我们可以看到如下代码：

android_src/system/core/adb/adb.c
`/* then switch user and group to "shell" */` `if` `(setgid(AID_SHELL) != 0) {` `exit` `(1);` `}` `if` `(setuid(AID_SHELL) != 0) {` `exit` `(1);` `}`

这已经是漏洞修补以后的代码。在漏洞最初被发现时，代码如下：

android_src/system/core/adb/adb.c
`/* then switch user and group to "shell" */` `setgid(AID_SHELL);` `setuid(AID_SHELL);`

简而言之，原来没有检查setuid()函数的返回值。事实上，在此之前，adb.c中的代码都是以root权限运行，以完成部分初始化工作。在这一行，通过调用setuid()将用户从root切换回shell，但setuid()在shell用户进程数达到上限RLIMIT_NPROC时，会失败，因此adb.c继续以root身份运行，而没有报错。

我们来看setuid()的man手册（man 2 setuid），其中有如下说明：

man 2 setuid
`RETURN VALUE` `On success, zero is returned. On error, -1 is returned, and errno is` `set appropriately.` `ERRORS` `EAGAIN The uid does not match the current uid and uid brings process` `over its RLIMIT_NPROC resource limit.`

可以看到，setuid是可能发生错误的，并且在uid的进程数超过RLIMIT_NPROC极限时，发生EAGAIN错误。

在android的源码中，setuid()定义于<android_src>/bionic/libc/unistd/setuid.c，实际上引用了一个外部符号__setuid，这个符号在<android_src>/bionic/libc/arch_xxx/syscalls/__setuid.S中定义，最终是一个%eax=$__NR_setuid32，%ebx=uid的int 0×80中断。

因为只是要分析原理，我们不再鏖战于Android，转而看向Linux内核。

在最新的kernel2.6中，setuid()位于kernel/sys.c的682行，其中，在697行，一切正常的情况下，它会调用set_user()来完成用户切换。

set_user()实现于同一文件的587行，其中一部分代码如下：

kernel/sys.c
`if` `(atomic_read(&new_user->processes) >= rlimit(RLIMIT_NPROC) &&` `new_user != INIT_USER) {` `free_uid(new_user);` `return` `-EAGAIN;` `}`

含义很明显，当目标用户的进程数达到上限，那系统就不能再将一个进程分配给它，因而返回-EAGEIN。然后再setuid()中，直接跳过后面的代码，而返回错误。

至此，整个漏洞的原理已经分析完毕。整理如下：

1、在Android的shell用户下，制造大量的僵尸进程，直至达到shell用户的进程数上限RLIMIT_NPROC；

2、kill当前系统中的adb进程，并再次占据其进程位置以保持达到上限；

3、系统会在一段时间后重启一个adb进程，该进程最初是root用户，在完成少许初始化工作后，调用setuid()切换至shell用户；

4、此时shell用户的进程数已经达到上限，所以setuid()失败，返回-1，并且用户更换没有完成，adb还是root权限；

5、adb没有检查setuid()的返回值，继续后续的工作，因此产生了一个具有root权限的adb进程，可以被用于与用户的下一步交互。

实际上，setuid在目标用户进程数达到RLIMIT_NPROC极限时返回错误，这一问题可能产生的安全隐患最早可以追溯到2000年。而在2006年，出现了真正利用这一编码问题的漏洞（CVE-2006-2607）。

因此，这并不是一个全新的漏洞。我们可以得出几点结论：

1、函数返回值一直是忽略的对象，因为getuid()永远不会失败，程序员可能会认为setuid()也不会失败——至少没有遇到过，因此忽略了对返回值的检查。检查一个系统函数是否调用失败是一个常识，但又是很麻烦的事，如果为了省事而忽略，问题就可能产生了。

2、Android下的安全问题，很多并非全新的，而且个人判断将来还会有大量漏洞、恶意代码产生于传统思路，而作用于新的平台。面对这一新的平台，我们是否能抢先于攻击者做好防范准备，是一个需要我们思考和实践的问题。

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