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  • Construindo seu debugger - Parte 2: Forks

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    Olá! No artigo anterior falamos sobre Signals, que é de suma importância para a comunicação entre processos, mas para construir o nosso debugger precisamos muito mais do que apenas isso, precisamos de fato ter total controle sobre um dado processo e se possível controlar até o seu própio início.

    Neste artigo será explicado o que são forks e seu uso em desenvolvimento de aplicações em sistemas UNIX. Sem mais delongas, vamos prosseguir!!!?

    Resumidamente a syscall fork é usada para a duplicação e criação de um processo. Quando um dado processo chama a função fork(), é criada uma cópia idêntinca de seus dados. Note que apenas uma cópia é feita, o processo filho não compartilha o mesmo espaço de memória do pai.

    A syscall fork retorna um PID que é usado para indetificar em qual processos estamos e também dar acesso ao ID do processo filho. Caso o PID seja 0 estamos executando no filho, caso seja qualquer outro somos o processo pai, isso ocorre pois o pai precisa saber o PID do filho, mas o filho não necessariamente precisa saber o seu própio (da mesma maneira que o seu processo não sabe o própio PID ao menos que o mesmo peça).

    Algo interessante de se notar é que os Init System usados para subir e gerenciar serviços de sua máquina trabalham dessa mesma maneira, você pode checar sua árvore de processo usando comando pstree:

    $ pstree

    Dessa maneira você tem uma representação bem visual de como está dividida a sua estrutura de processos ?. Note que todos os processos são filhos do seu Init system (seja ele SystemV, Systemd, etc). Aconselho você explorar o comando pstree para uma visão bem mais detalhada do seu sistema! Outra abordagem é usar o própio comando ps:

    $ ps -ef

    Rode o comando acima (dependendo da quantidade de processos use um pipe para o less ?) e com ele teremos uma visão mais detalhada. A coluna PID representa o ID do processo em si e a coluna PPID representa o "Parent Process ID", que nada mais é que o ID do processo pai. Note que o PID 1 é o seu Init System e os seus processos rodam como filho dele!


    Vale notar que o processo Pai do própio init é o PID 0, que é conhecido como "swapper" ou "scheduler", que é o processo responsavel para realização de paging. Paging é o sistema de gerenciamento de memória que salva os dados da RAM em uma memória secundária (HD, SSD e etc) e recupera em formato de páginas (outros PID também são filhos do propio PID 0 como PID 2 que gerencia todas as threads que rodam em Kernel Land(KThread) etc).

     

    Programando Forks

    A syscall fork está na lib  <unistd.h> (Unix Standard library) e tem a seguinte construção:

    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    pid_t fork(void);

    Precisamos incluir a lib <sys/types.h> para que seja possivel acessar o tipo pid_t. A função fork não espera nenhum parâmetro para a sua construção e o código abaixo demonstra o quão simples é cria um fork.

    #include <stdio.h>
    
    // Acesso a syscall
    #include <unistd.h>
    
    
    // Acesso ao tipo variavel pid_t
    #include <sys/types.h>
    
    
    int main(void)
    {
        int x;
    
        printf("Processo normal...\n");
        printf("Forking...\n");
        sleep(5);
        
        pid_t pid = fork();
        x = 40;
    
        if (pid == 0) {
            printf("Eu sou o processo filho meu PID: %d\n", pid);
        }
        
        else {    
            printf("Eu sou o processo pai de %d\n", pid);
        }
    
        
        sleep(5);
        return 0;
    }

    Compile o código acima da seguinte forma:

    $ gcc -o fork fork.c
    $ ./fork

    Note que o código se "divide" a partir da chamada fork e um if  é usado para saber se estamos executando no pai ou no filho, note também que o pai sabe o PID e o filho não.

    Para melhor visualização o código acima roda por 10 segundos (por conta da chamada ao sleep com esse tempo de espera). Abra um outro terminal e rode o comando:

    $ watch -n1 pstree

    O comando acima vai executar o pstree a cada 1 segundo, desta forma você verá o exato momento da criação do fork.


    Comunicando-se com o processo fork

    Agora imagine que um  processo precisa esperar o seu filho terminar algum trabalho e dependendo do seu sinal o processo pai realiza alguma ação. A comunicação entre o processo pai e o filho se da por signals. O pai pode saber exatamente o estado do seu processo filho usando a syscall wait e waitpid, ambas na lib <sys/wait.h>:

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    
    pid_t wait(int *status);
    
    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

    A syscall wait espera que ao menos 1 de seus processos filho troque de estado, já a waitpid espera por um processo específico. Como sabemos exatamente qual processo queremos rastrear iremos usar esta call ?:

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    
    int main(void) {
        
        printf("Spliting work...\n");
    
    
        pid_t pid = fork();
    
    
        if (!pid) {
            int a = 0;
            for(int i = 0; i < 100000000; i++ ) {
                a += i*2 + 10 *i;
            }
    
            return 9;
        }             
    
        int status;
        int signal;
        printf("Waiting child finish work...\n");
    
        waitpid(pid, &status, 0);
    
        
        if (WIFEXITED(status)) {
            signal = WEXITSTATUS(status);
            printf("Child exited, status = %s\n", strsignal(signal));
        }
            
        return 1;
    
    }

    Compile o código acima e execute:

    $ gcc -o work work.c
    $ ./work
    Spliting work...
    Waiting child finish work...
    Child exited, status = Killed

    Veja que após a chamada de fork nosso processo filho executa várias iterações e realiza um cálculo (um cálculo totalmente randômico) e após isso retorna 9. Este retorno em questão é apenas por motivos educativos (no artigo anterior falamos de sinais e como eles funcionam). O processo pai usa a syscall waitpid para esperar que qualquer signal seja enviada do pid especificado. Após receber um status é verificado se o fork saiu (WIFEXITED) e se sim, pegamos o signal enviado usando WEXITSTATUS(status da saída) e usamos a chamada strsignal(provida pela string.h) para recuperar uma versão em texto do signal. Nesse caso iremos recuperar o signal "KILLED", pois colocamos 9 apenas por razões educativas.

    Normalmente se tudo ocorreu bem colocamos 0 (inclusive é dessa maneira que sua shell avalia se o programa rodou certo).

    $./work && echo "Filho saiu com 0, tudo certo..."  || echo "Filho saiu com 1, algo errado..."

    No caso acima a nossa shell irá criar um fork do nosso work, executar o nosso programa (que por sua vez também executa um fork mas não entra em questão aqui) e se o signal retornado pelo fork for 0 ele imprime uma mensagem, caso contrario ele imprime uma mensagem de erro, dessa maneira você pode orquestrar um shell scripting usando o própio retorno do processo ?

    Tente mudar o retorno do fork acima e verifique seu status usando funções providas pela <sys/wait.h>. No exemplo acima usamos apenas a call WIFEXITED e WEXITSTATUS, mas existem várias outras.

    Forks são de extrema importância para criação e gerenciamento de processos e iremos usar forks para que seja possível executar o programa que queremos debugar, dessa maneira o software em questão vai ser filho do nosso debugger, o que nós da total controle sobre o mesmo.

    Comentarios são todos bem vindos e todos os códigos usados estão disponíveis no github! ?


    Links úteis:

        Process Control
        fork
        wait
        Process State
        Fork Bomb - Cuidado com isso

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      O pei foi programado pensando na automação e por isso é fácil usar a ferramenta a partir de um script. Com ela você pode obter e modificar valores no executável, e é claro, injetar código.
      Antes de qualquer coisa você pode instalar o pei em seu Linux rodando os comandos abaixo:
      git clone https://github.com/Silva97/pei cd pei make sudo make install Nota: Caso use Windows e não esteja usando WSL ou um MSYS2 da vida, você pode compilar o projeto instalando o make e o MinGW (recomendo usar o Chocolatey). No entanto, o “sudo make install” não vai funcionar no Windows, você vai ter que adicionar o executável ao PATH manualmente.
      Se você não estiver a fim de compilar o executável, fiz o favor de adicionar o binário da ferramenta compilado para Windows nos releases dela. Você pode baixá-lo no link https://github.com/Silva97/pei/releases/latest.
      O uso básico da ferramenta segue o seguinte formato:
      pei [opções] <operação> <executável> [argumento] Se você quiser ver mais detalhes de como usar a ferramenta você pode rodar “pei -h”.
      Operações
      As operações são o que determinam o que a ferramenta irá fazer com o executável, indo desde exibir informações sobre ele até modificar campos dos cabeçalhos.
      show
      A operação show serve para exibir informações sobre o executável e campos dos cabeçalhos. Se você não passar argumentos para a operação por padrão ela irá exibir informações básicas do executável:

      Você também pode especificar uma combinação de letras para escolher quais campos serão exibidos, dentre elas: c (COFF header), o (optional header), d (data directories) e s (section). Exemplo:
      $ pei show test.exe co Esse comando, por exemplo, exibe o COFF header e optional header do executável.
      get
      A operação get pega o valor de um campo individual de um dos cabeçalhos (coff, optional ou section) do executável.
      Seguindo uma notação com pontos, semelhante à acessar campos de estruturas em C, você pode especificar o cabeçalho e o nome do campo para ser obtido. Por exemplo, para obter o entry point do executável o comando ficaria:
      $ pei get executavel.exe optional.entry_point '%x' 14f0 Dica: Veja o nome dos campos dos cabeçalhos usando a operação show.
      O argumento após o nome do campo é uma string de formatação idêntica a da função printf() da libc, que aceita quaisquer flags de formatação disponíveis para a função.
      Para acessar os campos de uma seção é necessário especificar o número da seção também, como demonstrado no print abaixo:

      edit
      A operação edit serve para modificar o valor de campos, onde o nome do campo é especificado de maneira idêntica à operação get.
      Você pode utilizar os operadores `=`, `|=` e `&=` que fazem exatamente a mesma coisa que na linguagem C. Exemplos:
      $ pei edit executavel.exe section.0.name = .code $ pei edit executavel.exe optional.entry_point = 0xabcd1234 Esta operação aceita números em decimal, hexadecimal ou octal na hora de definir o valor de campos numéricos.
      zeros
      Esta operação simplesmente exibe uma lista das maiores sequências de bytes nulo em cada seção do executável. É este espaço que é utilizado para injetar o código, tornando a operação útil para você poder escolher em qual seção injetar o código.
      $ pei zeros executavel.exe Section #0 '.text': 0x00000000000022fb of 13 bytes Section #1 '.data': 0x000000000000242c of 1012 bytes Section #2 '.rdata': 0x0000000000002a5b of 37 bytes Section #6 '.idata': 0x0000000000003a26 of 22 bytes Section #7 '.CRT': 0x000000000000420b of 21 bytes Section #9 '/4': 0x0000000000004649 of 23 bytes Section #10 '/19': 0x0000000000004cbe of 10 bytes Section #12 '/45': 0x000000000003e2fc of 5 bytes Section #13 '/57': 0x0000000000041019 of 8 bytes Section #15 '/81': 0x0000000000043c33 of 44 bytes Section #16 '/92': 0x0000000000045509 of 23 bytes inject - A cereja do bolo 🙂
      Esta é a operação que injeta o código. Você pode usar a opção -f para especificar o arquivo contendo o código a ser injetado, que seria um raw binary. Onde esse arquivo deve conter apenas as instruções de código de máquina a ser injetado, como um shellcode por exemplo.
      Opcionalmente, você pode usar a opção -s para especificar o número da seção que você quer injetar o código. Se a opção não for especificada, por padrão o pei vai injetar onde houver mais espaço disponível.
      $ pei -f my_code.bin inject executavel.exe Writed code of 12 bytes on offset 0x0000000000043924 of section #15 '/81' Após o código injetado, o pei insere um jump absoluto para o entry point original do executável, fazendo com que após o código injetado ser executado o fluxo de execução do programa continue normalmente.
      Outra modificação que o pei faz é desabilitar o dynamic base do executável, para evitar que o jump aponte para o endereço errado.
      Dica: Injetando Código Muito Grande
      Se você precisar injetar um código maior do que o espaço disponível apontado pela operação zeros, você pode dividir o código a ser injetado em várias partes e injetar cada parte por vez, seguindo a ordem da última até a primeira parte. Isso funciona porque o pei irá adicionar um jump no final do código para o endereço que está sendo indicado como entry point. Se você já injetou código antes, esse endereço é o endereço do código anteriormente injetado. 🙂
      Dessa forma você pode fazer um chain de saltos da primeira parte até a última e então saltar para o entry point original. Exemplo:
      $ pei inject -f parte-3.bin executavel.exe Writed code of 87 bytes on offset 0x0000000000043833 of section #15 '/81' $ pei inject -f parte-2.bin executavel.exe Writed code of 80 bytes on offset 0x0000000000044924 of section #11 '/23' $ pei inject -f parte-1.bin executavel.exe Writed code of 32 bytes on offset 0x0000000000401a15 of section #1 '.text' Isso irá criar a seguinte ordem de execução: parte-1.bin -> parte-2.bin -> parte-3.bin -> entry point. Onde as setas “->” representam os saltos.
      diff
      Esta operação exibe diferenças entre dois executáveis. Ela compara cada campo dos cabeçalhos do executável e o conteúdo das seções, e depois exibe estas diferenças no terminal. Você pode usar a opção -c (ou --color) para que a saída da operação seja colorida:

      Em vermelho são os valores no executável original que foram modificados e em verde são os valores novos no executável modificado.
      patch
      Essa operação lê um texto de entrada no mesmo formato que a saída da operação diff e replica as mesmas modificações no executável. Exemplo:
      $ pei patch executavel2.exe diff-output.txt Caso você não especifique um patch file, o pei irá ler de stdin. Assim, é possível que você faça um pipe entre uma operação de diff e patch:
      $ pei diff original.exe mod.exe | pei patch outro.exe A diferença de fazer isto e simplesmente fazer uma cópia do executável modificado, é que a ideia é replicar somente as diferenças entre os executáveis. Quaisquer outros campos não são tocados pela operação patch, o que te permite salvar alterações e replicá-las por meio de um script. 🙂
      Se você quiser, também é possível escrever um patch file manualmente, bastando imitar a saída de diff. Uma dica é que os valores dos campos originais (em vermelho) não são necessários para a operação patch, então você pode inserir somente os valores novos. Seguindo o print da saída do diff que utilizamos agora pouco como exemplo:
      optional.entry_point xxx 0x4ca33 section.0.name xxx .code section.15.characteristics xxx 0x62100040 // @O texto não faz diferença, só importa o @ no início da linha // Daqui para baixo qualquer linha que não inicie com + será ignorada. +0x43830 00 30 9f 61 62 63 0a b8 f0 14 40 00 ff e0 00 00 // O formato é: +0xoffset bytes em hexadecimal Nota: Onde há o “xxx” seriam os campos dos valores originais (em vermelho) que não são lidos pelo pei porém são necessários para imitar a saída da operação diff. Você pode colocar qualquer valor aí que não dará erro já que são ignorados.
      Você pode usar a operação patch em scripts para automatizar várias modificações em um executável ao mesmo tempo, inclusive em bytes de um determinado offset.
    • By Bruna Chieco
      Três vulnerabilidades foram encontradas no subsistema iSCSI do kernel do Linux, permitindo que invasores locais com privilégios básicos de usuário obtenham privilégios de root em sistemas Linux sem patch. Segundo o BleepingComputer, os bugs de segurança só podem ser explorados localmente, o que significa que invasores em potencial terão que obter acesso a dispositivos vulneráveis explorando outra vulnerabilidade ou usando um vetor de ataque alternativo.
      O mais impressionante é que essas vulnerabilidades já existem há 15 anos. A descoberta foi feita por pesquisadores do GRIMM. "Ao contrário da maioria das coisas que encontramos acumulando poeira, esses bugs revelaram-se ainda bons, e um acabou sendo utilizável como um escalonamento de privilégio local (LPE) em vários ambientes Linux", diz publicação feita no blog do GRIMM.
      De acordo com o pesquisador de segurança do GRIMM, Adam Nichols, as falhas afetam todas as distribuições Linux, mas felizmente o módulo de kernel scsi_transport_iscsi vulnerável não é carregado por padrão. No entanto, dependendo da distribuição do Linux que os atacantes estejam focando, o módulo pode ser carregado e explorado para escalonamento de privilégios.
      Saiba mais sobre as vulnerabilidades: 
      CVE-2021-27363: vazamento do ponteiro do kernel (vazamento de informações) CVE-2021-27364: leitura fora dos limites (vazamento de informações, negação de serviço) CVE-2021-27365: estouro de buffer de heap (escalonamento de privilégio local, vazamento de informações, negação de serviço)
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