linux无文件执行— fexecve 揭秘

七夜安全博客

发布于 2020-02-26 11:48:26

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前言

良好的习惯是人生产生复利的有力助手。

继续2020年的flag，至少每周更一篇文章，今天讲linux无文件执行。

无文件执行

之前的文章中，我们讲到了无文件执行的方法以及混淆进程参数的方法，今天我们继续讲解一种linux无文件执行的技巧，是后台朋友给我的提醒，万分感谢，又学到了新的东西。

linux无文件执行，首先要提到两个函数：memfd_create 和 fexecve。

memfd_create 和 fexecve

1 . memfd_create：允许我们在内存中创建一个文件，但是它在内存中的存储并不会被映射到文件系统中，至少，如果映射了，我是没找到，因此不能简单的通过ls命令进行查看，现在看来这的确是相当隐蔽的。事实上，如果一个文件存在，那么我们还是可以去发现它的，谁会去调用这个文件呢？使用如下的命令：

lsof | grep memfd

2 . 第二个函数，fexecve同样的功能很强大，它能使我们执行一个程序（同execve），但是传递给这个函数的是文件描述符，而不是文件的绝对路径，和memfd_create搭配使用非常完美！

但是这里有一个需要注意的地方就是，因为这两个函数相对比较新，memfd_create 是在kernel3.17才被引进来，fexecve是glibc的一个函数，是在版本2.3.2之后才有的，没有fexecve的时候，可以使用其它方式去取代它，而memfd_create只能用在相对较新的linux内核系统上。

fexecve的实现

今天不谈memfd_create，这是linux的新特性，没有什么好玩的，本人对fexecve 的实现很有兴趣，因为fexecve是glibc中的函数，而不是linux的系统调用。先看一下fexecve的用法,下面的fexecve_test.c 代码是实现ls -l /dev/shm 功能。

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

static char *args[] = {
    "hic et nunc",
    "-l",
    "/dev/shm",
    NULL
};

extern char **environ;

int main(void) 
{
    struct stat st;
    void *p;
    int fd, shm_fd, rc;

    shm_fd = shm_open("wurstverschwendung", O_RDWR | O_CREAT, 0777);
    if (shm_fd == -1) {
    perror("shm_open");
    exit(1);
    }

    rc = stat("/bin/ls", &st);
    if (rc == -1) {
    perror("stat");
    exit(1);
    }

    rc = ftruncate(shm_fd, st.st_size);
    if (rc == -1) {
    perror("ftruncate");
    exit(1);
    }

    p = mmap(NULL, st.st_size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
         shm_fd, 0);
    if (p == MAP_FAILED) {
    perror("mmap");
    exit(1);
    }

    fd = open("/bin/ls", O_RDONLY, 0);
    if (fd == -1) {
    perror("openls");
    exit(1);
    }

    rc = read(fd, p, st.st_size);
    if (rc == -1) {
    perror("read");
    exit(1);
    }
    if (rc != st.st_size) {
    fputs("Strange situation!\n", stderr);
    exit(1);
    }

    munmap(p, st.st_size);
    close(shm_fd);

    shm_fd = shm_open("wurstverschwendung", O_RDONLY, 0);
    fexecve(shm_fd, args, environ);
    perror("fexecve");
    return 0;
}

代码中主要是分为了三步：

首先通过shm_open函数在 /dev/shm中创建了wurstverschwendung文件
将ls 命令文件写入到wurstverschwendung文件
通过fexecve执行wurstverschwendung文件，因为/dev/shm在内存中，因此fexecve实际上是在内存中执行文件。

对fexecve_test.c 进行编译并执行，可以看到/dev/shm下面确实生成了wurstverschwendung文件。

调试角度

fexecve是如何执行内存中的文件呢？一般可以从调试和源码的角度来探究其中的原理。首先使用strace调试一下：

strace -f -tt -T ./fexecve_test

从打印的日志中，找到open系统调用，从创建文件开始关联：

大家可以看到shmopen 其实是在/dev/shm创建文件，而execve的执行文件为/proc/self/fd/3，为进程中打开的文件符号链接，这个指向的就是shm_open创建的文件，但是从监控execve的角度来说， execve无法获取执行文件的路径，从而实现了混淆。

源码角度

从上文中，我们大致知道了原理。具体细节还是要看源码：glibc中的代码库中（https://github.com/jeremie-koenig/glibc/blob/master-beware-rebase/sysdeps/unix/sysv/linux/fexecve.c）。

#include <errno.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>


/* Execute the file FD refers to, overlaying the running program image.
   ARGV and ENVP are passed to the new program, as for `execve'.  */
int
fexecve (fd, argv, envp)
     int fd;
     char *const argv[];
     char *const envp[];
{
  if (fd < 0 || argv == NULL || envp == NULL)
    {
      __set_errno (EINVAL);
      return -1;
    }

  /* We use the /proc filesystem to get the information.  If it is not
     mounted we fail.  */
  char buf[sizeof "/proc/self/fd/" + sizeof (int) * 3];
  __snprintf (buf, sizeof (buf), "/proc/self/fd/%d", fd);

  /* We do not need the return value.  */
  __execve (buf, argv, envp);

  int save = errno;

  /* We come here only if the 'execve' call fails.  Determine whether
     /proc is mounted.  If not we return ENOSYS.  */
  struct stat st;
  if (stat ("/proc/self/fd", &st) != 0 && errno == ENOENT)
    save = ENOSYS;

  __set_errno (save);

  return -1;
}

关键部位代码：

char buf[sizeof "/proc/self/fd/" + sizeof (int) * 3];
  __snprintf (buf, sizeof (buf), "/proc/self/fd/%d", fd);

  /* We do not need the return value.  */
  __execve (buf, argv, envp);

fexecve本质上还是调用execve，只不过文件路径是在/proc中。fexecve_test中实现的功能，可以用bash来简单描述，作用是等同的：