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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