Linux内核eBPF verifier界线盘算过失误差剖析与使用（CVE-2021-31440）
宣布时间 2021-05-31误差配景
克日，ZDI官网披露一个Linux内核eBPF verifier界线盘算过失误差，该误差源于eBPF验证器在Linux内核中没有准确盘算64位转32位操作的寄存器界线，导致外地攻击者可以使用此缺陷举行内核信息泄露或特权提升，该误差编号为CVE-2021-31440。
影响规模与防护步伐
（1）影响规模Linux-5.7 ~ Linux- 5.11.15Ubuntu 20.10
（2）防护步伐
实时更新升级内核将kernel.unprivileged_bpf_disabled.sysctl设置为1，暂时限制通俗用户权限
误差原理与调试剖析
（1）误差原理
该误差和CVE-2020-8835，CVE-2020-27194这两个误差的原理类似，均是在32位和64位之间举行转换操作时，过失盘算了寄存器的约束界线，导致可以绕过验证器检查实现越界读写。缺陷代码泛起在kernel/bpf/verifier.c的__reg_combine_64_into_32()函数中，该函数是在commit_id：3f50f132d840中引入的，该功效实现了用64位寄存器上的已知规模来推断该寄存器低32位的规模，可是同样泛起了类似的盘算过失，该函数实现如下：
行1316，若是smin_value和smax_value都在带符号的32位整数规模内，则将响应地更新32位的带符号规模巨细，关于有符号规模来说，这种操作是准确的。接着看，在无符号规模的响应逻辑中，对umin_value和umax_value划分在行1320和行1322举行了检查。这里逻辑不准确，例如设置dreg->umin_value=1，dreg->umax_value=1<<32，即0x100000000，当举行如上操作后，reg->u32_min_value设置为1，这个是准确的，可是reg->u32_max_value却酿成了0，高位被截断。这时reg寄存器的低32位规模已经杂乱。关于验证器来说是杂乱的，可是运行态时，reg的规模是正常的。着实关于有符号界线的情形，已经举行了修改。补丁commit为：b02709587ea3，要害补丁代码如下所示：
而未对无符号界线的情形举行解决。该误差补丁中，修改为同时对umin_value和umax_value举行了判断，如下所示：
（2）调试剖析
首先将BPF_REG_7寄存器设置为1<<32，即0x10000000，并通过两个一连的NEG指令使验证器无法跟踪寄存器的规模，同时可以包管寄存器的值在运行时稳固�？梢酝ü缦翨PF指令实现：
执行到LSH指令时，如下所示：
此时BPF_REG_7寄存器的状态如下所示：
执行完LSH后，此时BPF_REG_7寄存器的状态如下图所示：
可是此时umin_value也是0x100000000，还需将umin_value设置成0x1，可以通过如下eBPF指令实现：
断点掷中后，挪用栈如下所示：
对BPF_JGE和BPF_JGT指令举行处置惩罚，这里不是32位指令操作，执行如下代码：
若是R7 >= 0x1，则验证器准确分支上，true_reg->umin_value设置为true_reg->umin_value和true_umin之间的最大值，这里设置成true_umin，为0x1。然后挪用__reg_combine_64_into_32()函数更新一下true_reg的规模。如下代码所示：
进入该函数后，首先判断有符号规模的情形，如下代码所示：
这里同时判断有符号巨细值，效果不为真，不进入if语句，因此不会修改32位的有符号巨细值，打印true_reg的状态如下所示：
然后最先判断无符号最小值的情形，效果为真，然后修改32位无符号最小值，如下代码：
由于这里脱离举行判断，可以乐成设置reg->u32_min_value为0x1。接下来判断无符号最大值，reg->umax_value为0xffffffffffffffff，大于0xffffffff。因此条件不为真，不修改reg->u32_max_value。最后true_reg的状态如下所示：
将寄存器的umin_value和u32_min_value都设置为0x1。接下来通过如下eBPF指令组合将u32_max_value也设置为0x1。如下所示：
该指令为W7<=0x1，W7为32位寄存器。掷中止点后，挪用栈如下所示：
若是W7<=0x1，接下来设置准确分支下的true_reg->u32_max_value，如下图所示：
行7200，将true_reg->u32_max_value设置为true_umax，为0x1。此时true_reg的状态如下所示：
然后挪用__reg_combine_32_into_64()函数更新true_reg的规模，如下所示：
更新规模后，最后true_reg的状态如下所示：
此时在验证器的视角中，R7寄存器的32位规模是牢靠值，为常数0x1。接下来通过如下eBPF组合将R7变换成0，如下所示：
首先通过MOV32将R7的64位规模也设置常数0x1。执行完MOV32指令后，在验证器的视角下R7寄存器的状态如下所示：
而在运行时，R7的值为1<<32，即0x100000000，低32为0，即R7的32位规模为常数0，然后通过MUL和ADD两次操作，将R7寄存器的状态转换成在验证器的视角下为0x0，在运行时为0x1，最终便可以实现越界读写。
误差复现
在Linux-5.11.0内核版本的特定测试情形中举行误差使用测试，乐成提权。
参考链接
1.https://www.zerodayinitiative.com/blog/2021/5/26/cve-2021-31440-an-incorrect-bounds-calculation-in-the-linux-kernel-ebpf-verifier
2.https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/commit/?id=10bf4e83167cc68595b85fd73bb91e8f2c086e36
3.https://github.com/torvalds/linux/commit/b02709587ea3d699a608568ee8157d8db4fd8cae
4.https://cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?name=CVE-2021-31440
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