Linux内核AF_VSOCK套接字条件竞争误差（CVE-2021-26708）剖析
宣布时间 2021-03-10误差配景
近期 ，外洋清静研究职员在oss-security上披露了一个AF_VSOCK套接字条件竞争高危误差CVE-2021-26708（CNVD-2021-10822、CNNVD-202102-529） 。凭证披露细节 ，该误差是由于过失加锁导致 ，可以在低权限下触发并自动加载易受攻击驱动�？榻ㄉ鐰F_VSOCK套接字 ，进而导致外地权限提升 。该误差补丁已经合并到Linux内核主线中 。
VSOCK先容和架构
VSOCK先容
VM套接字最早是由Vmware开发并提交到Linux内核主线中 。VM套接字允许虚拟机与虚拟机治理程序之间举行通讯 。虚拟机和主机上的用户级应用程序都可以使用VM 套接字API ，从而增进guest虚拟机与其host之间的快速有用通讯 。该机制提供了一个vsock套接字地点系列及其vmci传输 ，旨在与接口级别的UDP和TCP兼容 。VSOCK机制随即获得Linux社区的响应 ，Redhat在VSOCK中为vsock添加了virtio传输 ，QEMU/KVM虚拟机治理提供支持 ，Microsoft添加了HyperV传输 。
VSOCK架构
VM套接字与其他套接字类型类似 ，例如Berkeley UNIX套接字接口 。VM套接字�？橹С置嫦蚺牧魈捉幼郑ɡ鏣CP）和无毗连数据报套接字（例如UDP） 。VM套接字协议系列界说为“AF_VSOCK” ，并且套接字操作分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM 。如下图所示：
VSOCK支持socket API 。AF_SOCK地点簇包括两个要素：CID和port 。CID为ContextIdentifier ，上下文标识符；port为端口 。TCP/IP应用程序险些不需要更改就可以适配 ，每一个地点体现为
Transport凭证传输偏向分为两种（以SOCK_STREAM类型为例） ，一种为G2H transport ，体现guest到host的传输类型 ，运行在guest中 。另一种为H2G transport ，体现host到guest的传输类型 。以QEMU/KVM传输为例 ，如下图所示：
该传输提供套接字层接口的驱动分为两个部分：一个是运行在guest中的virtio-transport ，用于配合guest举行数据传输；另一个是运行在host中的vhost-transport ，用于配合host举行数据传输 。VSOCK transport还提供多传输通道模式 ，该功效是为了支持嵌套虚拟机中的VSOCK功效 。如下图所示：
支持L1虚拟机同时加载H2G和G2H两个传输通道 ，此时L1虚拟机即是host也是guest ，通过H2G传输通道和L2嵌套虚拟机通讯 ，通过G2H传输通道和L0 host通讯 。VSOCK transport还支持外地环回传输通道模式 ，不需要有虚拟机 。如下图所示：
该模式用于测试和调试 ，由vsock-loopback提供支持 ，并对地点簇中的CID举行了分类 ，包括两种类型：一种是VMADDR_CID_LOCAL ，体现外地环回；一种为VMADDR_CID_HOST ，体现H2G传输通道加载 ，G2H传输通道未加载 。
误差剖析与触发历程
误差剖析
该误差触发缘故原由是过失加锁导致条件竞争 ，凭证补丁可知 ，保存多处过失加锁 ，这里以vsock_stream_setsockopt()函数补丁为例 ，如下图所示：
补丁很精练 ，将第1564行代码移动到第1571行 ，中心就隔着第1569行代码：lock_sock(sk) 。加锁前 ，vsk->transport已经赋值到transport变量中 ，这里爆发了一个引用 ，然后才举行lock_sock(sk)将sk锁定 。可是vsk->transport会在多处被挪用甚至被释放 ，这就有可能通过条件竞争造成Use After Free 。
触发历程
首先找到修改或释放vsk->transport的挪用路径 ，来看要害函数vsock_assign_transport()的实现 。关于多传输模式 ，该函数用于凭证差别CID分派差别的传输通道 。实现代码如下图所示：
凭证sk->sk_type分为SOCK_DGRAM和SOCK_STREAM ，在SOCK_STREAM中 ，分为三种传输通道 。这里可以通过将CID设置为外地环回模式 ，获得transport_local传输通道 。接下来如下图所示：
若是vsk->transport不为空 ，则进入if语句 。先判断vsk->transport是否即是new_transport ，若是即是直接返回 ，在触发历程中 ，要包管能走到vsock_deassign_transport()函数 ，该函数是析构函数 ，用于释放transport 。如下代码所示：
行411 ，挪用vsk->transport->destruct() ，要明确使用transport类型 ，前文已经确定使用transport_local 。Transport_local为全局变量 ，会在vsock_core_register()函数中被初始化 。该函数被挪用情形如下图所示：
*_init()函数用来初始化transport的回调函数 ，凭证第二部分先容 ，vhost_vsock_init()、virtio_vsock_init()和vsock_loopback_init()函数为QEMU/KVM情形下的支持函数 。我们发明transport->destruct()函数的最后实现都是统一个函数 。如下图所示：
该destruct()函数释放vsk->trans ，如下图所示：
而vsk->trans指针是指向transport的 。结构体vsock_sock界说如下所示：
最终可以结构一个释放transport的函数路径为：vsock_stream_connect-> vsock_assign_transport->virtio_transport_destrcut 。
找到了释放路径 ，下一步找使用路径 ，virtio_transport_notify_buffer_size()函数会使用transport 。如下图所示：
第492行 ，通过vsk->trans获取指向transport的指针 ，第497行 ，解引用vvs指针 ，对vvs->buf_alloc举行赋值 。而挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数最终会被vsock_stream_setsockopt()函数挪用 。最终可以结构一个使用transport的函数路径为：vsock_stream_setsockopt-> vsock_update_buffer_size->virtio_transport_notify_buffer_size 。
接下来就是营造一个抢锁的条件竞争情形 ，很显着必需是connect()系统挪用先抢到锁对transport举行释放 ，然后再挪用setsockopt()才华触发误差 。有开发职员提出使用userfaultfd机制先将lock_sock锁定 ，然后在去释放锁 ，举行条件竞争 。误差触发历程如下图所示：
蓝框中是connect()挪用历程 ，最后挪用virtio_transport_destruct()函数释放vsk->trans 。红框中是setsockopt()挪用历程 ，挪用virtio_transport_notify_buffer_size()函数使用vvs ，该值是0xffff888107a74500 ，在0xffff888107a74500+0x28处会写入4字节 。
参考链接：
[1]https://github.com/torvalds/linux/commit/d021c344051af91f42c5ba9fdedc176740cbd238
[2]https://static.sched.com/hosted_files/devconfcz2020a/b1/DevConf.CZ_2020_vsock_v1.1.pdf
[3]https://github.com/jordan9001/vsock_poc
[4]https://terenceli.github.io/%E6%8A%80%E6%9C%AF/2020/04/18/vsock-internals
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