Linux下的Rootkit驻留技术分析

前言Linux作为服务器和IoT设备使用的主要操作系统,针对它的恶意软件也层出不穷针对Linux设备的恶意软件（以下称为rootkit）通常需要长期驻留于目标操作系统以达到获利目的，所以如何实现驻留也是Linux rootkit作者的重点考虑内容之一，对此，天融信阿尔法实验室进行了可能的思路探索和分析。

在接下来的说明中，我们统一使用一个名为evil的静态链接ELF文件作为我们要实现驻留的rootkit，所有的驻留尝试均围绕这个程序展开技术汇总1. 用户态下的可利用点1.1 各种init的利用Linux init。

在systemd成为主流之前，sysvinit是大多数发行版的选择，即使是Ubuntu之前使用的upstart，和sysvinit也是完全兼容的，直到今天，Debian系发行版仍保留sysvinit的兼容性。

作为Linux的init程序，也就是PID 1，负责启动之后的所有进程，所有的服务都是由它管理，因此它是实现rootkit驻留的最常见手段对于传统的sysvinit，常见的驻留点都需要以root身份写入：

/etc/init.d /etc/rc[runlevel].d /etc/rc.local其实sysv的服务文件就是遵循sysv规范的shell脚本，它在嵌入式设备中也很常见给出一个sysv风格的服务文件如下：。

#!/bin/sh PATH=/bin:/usr/bin:/sbin:/usr/sbin DESC=”cron daemon” NAME=cron DAEMON=/usr/sbin/cron PIDFILE=/var/run/crond.pid SCRIPTNAME=/etc/init.d/”$NAME” test -f $DAEMON || exit 0 . /lib/lsb/init-functions [ -r /etc/default/cron ] && . /etc/default/cron parse_environment() { for ENV_FILE in /etc/environment /etc/default/locale; do [ -r “$ENV_FILE” ] || continue [ -s “$ENV_FILE” ] || continue for var in LANG LANGUAGE LC_ALL LC_CTYPE; do value=$(egrep “^${var}=” “$ENV_FILE” | tail -n1 | cut -d= -f2) [ -n “$value” ] && eval export $var=$value if [ -n “$value” ] && [ “$ENV_FILE” = /etc/environment ]; then log_warning_msg “/etc/environment has been deprecated for locale information; use /etc/default/locale for $var=$value instead” fi done done # Get the timezone set. if [ -z “$TZ” -a -e /etc/timezone ]; then TZ=$(cat /etc/timezone) fi } # Parse the systems environment if [ “$READ_ENV” = “yes” ]; then parse_environment fi case “$1” in start) log_daemon_msg “Starting periodic command scheduler” “cron” # 这一行是我们修改的目标 start_daemon -p $PIDFILE $DAEMON $EXTRA_OPTS log_end_msg $? ;; stop) log_daemon_msg “Stopping periodic command scheduler” “cron” killproc -p $PIDFILE $DAEMON RETVAL=$? [ $RETVAL -eq 0 ] && [ -e “$PIDFILE” ] && rm -f $PIDFILE log_end_msg $RETVAL ;; restart) log_daemon_msg “Restarting periodic command scheduler” “cron” $0 stop $0 start ;; reload | force-reload) log_daemon_msg “Reloading configuration files for periodic command scheduler” “cron” # cron reloads automatically log_end_msg 0 ;; status) status_of_proc -p $PIDFILE $DAEMON $NAME && exit 0 || exit $? ;; *) log_action_msg “Usage: /etc/init.d/cron {start|stop|status|restart|reload|force-reload}” exit 2 ;; esac exit 0

我们在start case中做些修改，使之在启动时执行我们的evil程序：

对于systemd，我们可以用更多手段实现驻留，甚至不需要root权限也可以：/etc/systemd/system /etc/systemd/user /lib/systemd/system /lib/systemd/user ~/.local/share/systemd/user ~/.config/systemd/user

以下是一个利用systemd服务文件的示例：

systemctl –user enable service可以使服务随用户登录启动，systemctl enable service可以让服务随系统启动bashrcbashrc或者zshrc等文件会随着shell的运行而被执行，利用时只需在里面加入恶意的shell script即可。

常见位置：/etc/profile ~/.bashrc ~/.bash_profile ~/.bash_logout示例如下：

xinitrc如果目标主机有安装Xorg，我们也可以以下位置写入shell script实现rootkit驻留，不需要root权限～/.xinitrc ~/.xserverrc /etc/X11/xinit/xinitrc /etc/X11/xinit/xserverrc。

其它initrc任何应用程序都可能在启动时执行代码，而且它们很可能会执行用户home目录的rc文件例如，我们甚至可以在vimrc里写入vimscript来执行代码实现rookit的驻留，这同样不需要root权限。

一个可能的示例如下：

1.2 图形化环境的利用虽然标准的服务器版Linux发行版是不会预装Xorg的，但还是存在相当一部分用户使用CentOS预装gnome2的版本作为服务器操作系统因此，基于gnome等桌面环境和Xorg的驻留有时候也是重要的而且会容易被忽略的手段。

XDG autostart for system/etc/xdg/autostart下的desktop文件会被主流桌面环境在启动时执行。一个可能的示例如下：

XDG autostart for user类似的，用户可以在自己的~/.config/autostart目录下加入需要自启动的desktop文件1.3 crond的利用这是一个很常见的驻留点，但需要注意的是，很多恶意软件并不仅仅会把自己写入用户的crontab（如/var/spool/cron/root），它们会把自己写入软件包使用的crontab里面，如/etc/cron.d，这样更不容易引起用户注意。

1.4 替换文件替换或者patch一些会被服务或用户本身执行的程序文件，以同时执行恶意代码，也是很常见的驻留方式我们可以方便的获取到开源项目的源码，进行修改，加上我们的恶意代码并重新编译，替换目标系统的相应文件。

这样我们的代码就会随之执行下面我们修改openssh portable 7.9的源码，使之在特定条件下执行我们的代码：

这里修改的函数是uncompress_buffer，用于处理压缩传输的ssh连接。我们需要触发它的时候，只需发起一个ssh -C即可。

如果没有源码，我们同样可以给现有的binary注入shellcode，不过这种实现达到的功能相对有限，且可能会导致原文件损坏下面使用backdoor-factory进行shellcode注入，这个工具支持自定义shellcode：。

如果我们的目标主机是git或svn服务器，有机会接触到项目源码的话，也可以通过修改目标的源码植入恶意代码，或者把编译环境动手脚，在项目构建时插入恶意代码，比如在configure脚本里或者Makefile里插入代码，既可以在本机运行，又有可能在编译之后在更多主机（取决于项目用途）上运行，进一步扩大感染范围。

这个思路也是当年中国xcode事件黑客的思路1.5 动态链接库劫持替换动态链接库libc会被几乎所有的ELF调用，而特定的lib则会被特定的ELF调用，只要某个ELF的执行概率够高，我们同样可以用我们重新编译的恶意so替换掉它所链接的某个so文件，达到执行恶意代码的效果。

当然，以这种思路来看，替换掉整个libc也是未尝不可的。下面以sshd的动态链接库为例，sshd使用的so文件如下：

libz.so.1看上去像是zlib的文件，可以验证一下：

那么我们可以去下载zlib源码，在可能会被调用的函数里加上我们的私货。经过grep搜索openssh portable 7.9的源码，可以看到packet.c使用了zlib的函数：

确定了我们需要注入代码的函数，就可以去修改zlib源码了，在inflate.c的inflate函数里加入简单的system调用，来执行我们的evil程序：

完成修改之后我们make构建项目，然后用我们的恶意libz.so替换原本的文件。此处修改的zlib，通常只会在ssh客户端指定了使用压缩时，才会被使用。所以我们需要使用ssh -C命令去测试。

提醒一点，作为动态链接库，它们的函数可能被频繁调用，我们在利用的时候要避免造成不必要的负载另外，由于大部分程序都是动态链接库文件，我们也需要格外小心，避免加入的代码调用的程序最终往回调用我们修改的库文件本身（尤其是在修改libc的时候），造成死循环，导致系统停止响应。

ld.so.preload最常见的实现是在/etc/ld.so.preload中写入我们需要让libc执行的so文件，或者设置LD_PRELOAD环境变量，这样，任何依赖系统libc的user space程序，都会在运行之前执行我们的so文件，从而实现了有效的rootkit驻留（鉴于几乎所有目标主机都是动态编译的，几乎所有程序都要使用系统libc）。

下面我们编写一个简单的恶意so（shared object）作为说明：这里的恶意so将编译为libevil.so通常的lib都是为主程序提供库函数的，只有被调用的代码才会被执行，于是我们需要解决的第一个问题是让我们的代码在lib被加载时直接自动运行。

类似于Windows下的DllMain，gcc提供了function attributes，我们可以用形如__attribute__((constructor))的attribute来达到目的对应的，__attribute__((destructor)) 则会在lib被unload的时候执行。

具体解释见官方文档：

我们使用如下代码构建libevil，这里有一个坑，execl函数只有出错时才返回，如果使用它执行了外部程序,那么在外部程序执行完之后，libevil将会退出当前进程(也就是我们本来要执行的进程)，使任何ELF都无法正常执行。

解决方法是使用 fork 函数创建子进程，在子进程里执行execl启动外部程序

使用如下命令构建我们的 libevil.so：

设置LD_PRELOAD环境变量，使我们的libevil在ld执行任何ELF之前被执行。

需要注意的是，我们的libevil会在每个动态ELF执行之前被执行，如果在其中调用了外部的动态ELF，那个ELF执行时会再次调用libevil，就会造成死循环，使系统处于不可用状态我们也可以在libevil里实现rootkit的所有功能。

2. 内核态的驻留传统的rootkit就是指这类恶意软件，对于Linux rootkit来说，最有效的方法就是把自己作为kernel module加载，因为大多数Linux目标都是允许动态加载kernel module的。

在kernel space里运行恶意代码的好处显而易见，由于大部分审计工具都在user space运行，管理员通常很难发现恶意软件的存在，这就带来了上面的方法所不能达到的隐蔽性2.1 LKM – 可加载内核模块。

目前有一些开源的LKM (Loadable Kernel Modules) 木马demo，比较有代表性的是Reptile，它使用自己的kernel module实现了隐藏和驻留下面我们使用这个思路来实现一个简单的内核恶意代码执行：。

这里的LKM实现比较简单，只是在加载和退出的时候执行了两个shell脚本，并使用printk输出了内核调试信息我们只需定义两个函数分别用于initialize和exit即可完成LKM的主体框架了，module.h会有相应函数module_init和module_exit用来实现。

MODULE_LICENSE也需要设置，因为Linux是GPL授权，我们需要声明兼容的授权协议，否则Linux会提示tainted kernel（虽然不影响正常使用，但会比较容易引起注意）编译LKM的方法可以参考Linux内核文档，或者直接参考现有的LKM项目的Makefile，这里的Makefile内容如下：。

LKM代码如下，使用user space helper达到了执行外部程序的目的：

使用insmod命令动态加载LKM到内核，立即生效：

下面是dmesg的相关输出：

LKM执行恶意代码有比较大的局限性，因为必须针对相同内核版本编译才能正常使用，从而引入了Linux headers的依赖，实现大范围传播的难度较大防范此类攻击（也是最危险和隐蔽的一种）的最有效方法就是关闭Linux的动态模块加载功能，对于大多数Linux服务器，关掉这个功能通常不会造成额外影响。

2.2 initrd的利用Reptile会把自己写入/etc/rc.modules以便在系统启动时插入自己的module但通过initrd实现更加隐蔽可靠initrd即init ram disk，用于提供一个基本的环境以便启动完整的Linux。

鉴于initrd很少受到关注和保护，它又一定会在启动时被加载入内存，我们可以在这个内存文件系统中插入自己的LKM并修改init脚本使我们的LKM在启动时被加载，从而实现恶意代码执行这里以Kali（Linux 4.18，基于Debian Sid）为例，分析可能的利用点：。

下图是init脚本functions定义中，加载自定义kernel module的函数，我们可以把自己的LKM放到modules目录下（例如 ./usr/lib/modules/4.17.0-kali3-amd64/kernel），然后在 ./conf/modules里写上自己的LKM，我们的LKM就会随着initrd加载到内核。

或者我们也可以直接在load_modules函数内增加modprobe操作来加载恶意LKM。