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CVE-2019-11477:Linux内核中TCP协议栈整数溢出漏洞详细分析

发布时间:2019-08-16 21:58 来源:未知 编辑:admin

  *本文中涉及到的相关漏洞已报送厂商并得到修复,本文仅限技术研究与讨论,严禁用于非法用途,否则产生的一切后果自行承担。

  2019年6月18日,RedHat官网发布CVE编号为CVE-2019-11477的漏洞,此漏洞是一个底层协议栈的整数溢出漏洞,影响Linux内核2.6.29及以上版本,理论上可以造成远程拒绝服务漏洞。经过我们团队分析验证,在实际环境中很难触发此漏洞,所以在实际环境中此漏洞危害没那么大。

  该漏洞是一个位于skb_buff结构体上tcp_gso_segs成员的整数溢出漏洞。linux kernel数据包文以skb_buff结构体表示,内核为提升发包效率提供了NETIF_F_SG(默认开启)、NETIF_F_ UFO等功能,当发送报文时,将会将小报文以类似分片形式累积,累积为大报文统一发送,由网卡硬件进行分片。此时报文累积最大长度为32k(x86)或者64k(powerpc)。代码中,小报文积累队列成员为skb_buff结构体的tcp_skb_cb对象,其中tcp_gso_segs成员是个short unsight int类型成员,代表小报文个数。

  通常,TCP协议为避免分片带来的性能损失,提供了mss协商机制,通过在握手过程中提供双方mtu值,协商双方报文的最大报文长度,发送提供各自的mss长度,双方选取最小的mss值为最大报文长度,此后,双方报文的最大长度将不会超过协商得出的mss值。如果要漏洞出发,发送方在握手时将mss值强制置为8(mss协商最小值为48-最大tcp报头长度=8)。即接收方在和握手方握手时,将mss值设置为8即可。

  TCP-MSS,全称TCP maximum segment size。翻译过来是TCP最大报文尺寸。它的值代表TCP传输层期望对端发送给自己单个TCP报文的最大尺寸。

  TCP协议中,当TCP协议两端在初始协商进行TCP三次握手协议的时候,主机两端会把自己当前所在链路的MSS值告知对方。当一端主机收到另外一端的MSS值候,它会评估其MSS值并与自己的MSS值做对比,取最小的值来决定TCP发送的最大报文尺寸。

  如何计算本地MSS值?本地MSS=MTU-20字节的标准IP头-20字节的标准TCP头(换个角度看其实就是TCP负载)

  另外一个相关的是linux的sack机制。在RFC的描述中,当TCP报文乱序到达时,TCP接收端会要求发送端连未能按照顺序发送的报文也重新发送,为改进TCP协议的发包效率,TCP提供了sack机制(自linux kernel 2.6.29以后提供了sack机制的实现),当接收方向发送方要求重传时,重传报文将会进入tcp_sendmsg函数的tcp_gso_segs机制中,以分片的形式积累报文碎片,在skb_buff结构体中最多接受17个分片队列,在恶意会话的接收过程中,接收方可以不断地要求发送方重传,即接受方不断向发送方发送sack报文,发送方接收到sack报文后,将重新发送报文。

  1.客户端连接服务端(同时三次握手过程中强制设置接受mss最大值为8);

  3.客户端不断发送重传要求,服务端重复发送17次报文填满skb分片队列,导致tcp_gso_segs变量整数溢出,导致服务器远程拒绝服务。

  1.客户端连接服务端(同时三次握手过程中强制设置接受mss最大值为8);

  3.客户端不断发送重传要求,服务端重复发送17次报文填满skb分片队列,导致tcp_gso_segs变量整数溢出,导致服务器远程拒绝服务。

  第一:诱骗服务端发送一次性发送接近32k大小TCP报文。通过服务器下载文件时(linux内核调用tcp_sendpage不走tcp_sendmsg调用可以逼近报文极限值,需要超过31k大小,实际情况是比较罕见的),发现http服务器将客户端get的数据合并,逼近32k大小数据下发到客户端,这一步是可以做到的,在TCP层,tcp_sendpage函数大概率可以做到一次下发超过31k大小的报文。

  第二,将TCP报文的实际荷载设置8字节(mss设置为最小值48,TCP选项头设置为40字节,48-40=8)。此步实际情况是不默认,正常情况下是无法协商成功,客户端发起的mss协商,默认情况下服务端将不会认可,默认发行版linux系统都开启TSO(TCP Segment Offload)技术,为了尽可能发挥网卡性能,网卡会不断尝试扩大mss的值,当我们将mss协商成功为48时,很快TSO会将mss恢复为1460.所以实际攻击链条在此时已经被打断。

  而且在我们测试将服务端发给我们的TCP数据包的TCP选项头设为40,通过要求服务端数据包附带时间戳选项,可以使TCP选项头拥有12字节选项长度,如果需要更长的选项头,需要一些特殊的TCP选项,如md5选项,但TCP的md5选项需要重新编译内核,发行版不带md5选项:

  在默认情况下我们只做到了通过客户端设置服务端报文12字节长度的TCP选项头长度设置:

  第三,对服务端发送sack报文,指定特定报文重传。我们在对服务端进行指定字节序列的报文重传时发现,我们无法做到累加重传报文,在漏洞分析中,我们提到,我们需要使重传报文累计到超过65535导致整数溢出,但是实际测试过程中发现,TCP的重传实在过于迅速,我们的发包速度根本不够服务端的gso机制生效累计积累超过65535个报文,我的最大累计此时30余次,服务端收到sack后累积重传报文,收到ack后或其余机制释放累积。

  请注意下图的报文序号,第27个报文请求指定重传,第28个报文重传指定报文,29个报文立刻发送正确顺序的报文,第27个报文和第29个报文直接的时间实在过于短暂,可以通过并发分布式攻击可以做到重传报文累计超过65535次。

  由于此漏洞的主要瑕疵在于mss协商机制启用非默认,我们曾经尝试绕过linux kernel的mss协商机制对服务端发起进攻,尝试使用sack报文告诉服务端我们只缺少8字节长度(报文原长48字节情况下),此时服务端回复的报文并没有只给我们8个字节长度的报文,而是把所缺少的报文所属的报文(48字节长度)发回给我们,绕过尝试失败。

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