Linux系统环境下的高级隐藏技术介绍

Linux系统环境下的高级隐藏技术介绍隐藏技术在计算机系统安全中应用十分广泛，尤其是在网络攻击中，当攻击者成功侵入一个系统后，有效隐藏攻击者的文件、进程及其加载的模块变得尤为重要。本文将讨论Linux系统中文件、进程及模块的高级隐藏技术，这些技术有的已经被广泛应用到各种后门或安全检测程序之中，而有一些则刚刚起步，仍然处在讨论阶段，应用很少。1.隐藏技术1.1.Linux下的中断控制及系统调用Intelx86系列微机支持256种中断，为了使处理器比较容易地识别每种中断源，把它们从0~256编号，即赋予一个中断类型码n,Intel把它称作中断向量。Linux用一个中断向量（128或者0x80）来实现系统调用，所有的系统调用都通过唯一的入口system_call来进入内核，当用户动态进程执行一条int0x80汇编指令时，CPU就切换到内核态，并开始执行system_call函数，system_call函数再通过系统调用表sys_call_table来取得相应系统调用的地址进行执行。系统调用表sys_call_table中存放所有系统调用函数的地址，每个地址可以用系统调用号来进行索引，例如sys_call_table[NR_fork]索引到的就是系统调用sys_fork（）的地址。Linux用中断描述符（8字节）来表示每个中断的相关信息，其格式如下：偏移量31….16一些标志、类型码及保留位段选择符偏移量15….0所有的中断描述符存放在一片连续的地址空间中，这个连续的地址空间称作中断描述符表（IDT），其起始地址存放在中断描述符表寄存器（IDTR）中，其格式如下：32位基址值界限其中各个结构的相应联系可以如下表示：通过上面的说明可以得出通过IDTR寄存器来找到system_call函数地址的方法：根据IDTR寄存器找到中断描述符表，中断描述符表的第0x80项即是system_call函数的地址，这个地址将在后面的讨论中应用到。1.2.Linux的LKM（可装载内核模块）技术为了使内核保持较小的体积并能够方便的进行功能扩展，Linux系统提供了模块机制。模块是内核的一部分，但并没有被编译进内核，它们被编译成目标文件，在运行过程中根据需要动态的插入内核或者从内核中移除。由于模块在插入后是作为Linux内核的一部分来运行的，所以模块编程实际上就是内核编程，因此可以在模块中使用一些由内核导出的资源，例如Linux2.4.18版以前的内核导出系统调用表（sys_call_table）的地址，这样就可以根据该地址直接修改系统调用的入口，从而改变系统调用。在模块编程中必须存在初始化函数及清除函数，一般情况下，这两个函数默认为init_module()以及clearup_module()，从2.3.13内核版本开始，用户也可以给这两个函数重新命名，初始化函数在模块被插入系统时调用，在其中可以进行一些函数及符号的注册工作，清除函数则在模块移除系统时进行调用，一些恢复工作通常在该函数中完成。1.3.Linux下的内存映像/dev/kmem是一个字符设备，是计算机主存的映像，通过它可以测试甚至修改系统，当内核不导出sys_call_table地址或者不允许插入模块时可以通过该映像修改系统调用，从而实现隐藏文件、进程或者模块的目的。1.4.proc文件系统proc文件系统是一个虚拟的文件系统，它通过文件系统的接口实现，用于输出系统运行状态。它以文件系统的形式，为操作系统本身和应用进程之间的通信提供了一个界面，使应用程序能够安全、方便地获得系统当前的运行状况何内核的内部数据信息，并可以修改某些系统的配置信息。由于proc以文件系统的接口实现，因此可以象访问普通文件一样访问它，但它只存在于内存之中。2.技术分析2.1隐藏文件Linux系统中用来查询文件信息的系统调用是sys_getdents，这一点可以通过strace来观察到，例如stracels将列出命令ls用到的系统调用，从中可以发现ls是通过sys_getedents来执行操作的。当查询文件或者目录的相关信息时，Linux系统用sys_getedents来执行相应的查询操作，并把得到的信息传递给用户空间运行的程序，所以如果修改该系统调用，去掉结果中与某些特定文件的相关信息，那么所有利用该系统调用的程序将看不见该文件，从而达到了隐藏的目的。首先介绍一下原来的系统调用，其原型为：intsys_getdents(unsignedintfd,structdirent*dirp,unsignedintcount)其中fd为指向目录文件的文件描述符，该函数根据fd所指向的目录文件读取相应dirent结构，并放入dirp中，其中count为dirp中返回的数据量，正确时该函数返回值为填充到dirp的字节数。下图是修改后的系统调用hacked_getdents执行流程。screen.width*0.7){this.resized=true;this.width=screen.width*0.7;this.alt='Clickheretoopennewwindow';}border=0图系统调用hacked_getdents执行流程图中的hacked_getdents函数实际上就是先调用原来的系统调用，然后从得到的dirent结构中去除与特定文件名相关的文件信息，从而应用程序从该系统调用返回后将看不到该文件的存在。应该注意的是，一些较新的版本中是通过sys_getdents64来查询文件信息的，但其实现原理与sys_getdents基本相同，所以在这些版本中仍然可以用与上面类似的方法来修改该系统调用，隐藏文件。2.2隐藏模块上面分析了如何修改系统调用以隐藏特定名字的文件，在实际的处理中，经常会用模块来达到修改系统调用的目的，但是当插入一个模块时，若不采取任何隐藏措施，很容易被对方发现，一旦对方发现并卸载了所插入的模块，那么所有利用该模块来隐藏的文件就暴露了，所以应继续分析如何来隐藏特定名字的模块。Linux中用来查询模块信息的系统调用是sys_query_module，所以可以通过修改该系统调用达到隐藏特定模块的目的。首先解释一下原来的系统调用，原来系统调用的原型为：intsys_query_module(constchar*name,intwhich,void*buf,size_tbufsize,size_t*ret)如果参数name不空，则访问特定的模块，否则访问的是内核模块，参数which说明查询的类型，当which=QM_MODULES时，返回所有当前已插入的模块名称，存入buff,并且在ret中存放模块的个数，buffsize是buf缓冲区的大小。在模块隐藏的过程中只需要对which=QM_MODULES的情况进行处理就可以达到目的。修改后的系统调用工作过程如下：1）调用原来的系统调用，出错则返回错误代码；2）如果which不等于QM_MODULES，则不需要处理，直接返回。3）从buf的开始位置进行处理，如果存在特定的名字，则将后面的模块名称向前覆盖该名字。4）重复3），直到处理处理完所有的名字，正确返回。2.3隐藏进程在Linux中不存在直接查询进程信息的系统调用，类似于ps这样查询进程信息的命令是通过查询proc文件系统来实现的，在背景知识中已经介绍过proc文件系统，由于它应用文件系统的接口实现，因此同样可以用隐藏文件的方法来隐藏proc文件系统中的文件，只需要在上面的hacked_getdents中加入对于proc文件系统的判断即可。由于proc是特殊的文件系统，只存在于内存之中，不存在于任何实际设备之上，所以Linux内核分配给它一个特定的主设备号0以及一个特定的次设备号1，除此之外，由于在外存上没有与之对应的i节点,所以系统也分配给它一个特殊的节点号PROC_ROOT_INO（值为1），而设备上的1号索引节点是保留不用的。通过上面的分析，可以得出判断一个文件是否属于proc文件系统的方法：1）得到该文件对应的inode结构dinode;2）if(dinode-i_ino==PROC_ROOT_INO&&!MAJOR(dinode-i_dev)&&MINOR(dinode-i_dev)==1){该文件属于proc文件系统}通过上面的分析，给出隐藏特定进程的伪代码表示：hacket_getdents(unsignedintfd,structdirent*dirp,unsignedintcount){调用原来的系统调用；得到fd所对应的节点；if(该文件属于proc文件系统&&该文件名需要隐藏){从dirp中去掉该文件相关信息}}2.4修改系统调用的方法现在已经解决了如何修改系统调用来达到隐藏的目的，那么如何用修改后的系统调用来替换原来的呢？这个问题在实际应用中往往是最关键的，下面将讨论在不同的情况下如何做到这一点。(1)当系统导出sys_call_table，并且支持动态的插入模块的情况下：在Linux内核2.4.18版以前，这种内核配置是非常普遍的。这种情况下修改系统调用非常容易，只需要修改相应的sys_call_table表项，使其指向新的系统调用即可。下面是相应的代码：intorig_getdents(unsignedintfd,structdirent*dirp,unsignedintcount)intinit_module(void)/*初始化模块*/{orig_getdents=sys_call_table[SYS_getdents];//保存原来的系统调用orig_query_module=sys_call_table[SYS_query_module]sys_call_table[SYS_getdents]=hacked_getdents;//设置新的系统调用sys_call_table[SYS_query_module]=hacked_query_module;return0;//返回0表示成功}voidcleanup_module(void)/*卸载模块*/{sys_call_table[SYS_getdents]=orig_getdents;//恢复原来的系统调用sys_call_table[SYS_query_module]=orig_query_module;}(2)在系统并不导出sys_call_table的情况下：linux内核在2.4.18以后为了安全起见不再导出sys_call_table符号，从而无法直接获得系统调用表的地址，那么就必须找到其他的办法来得到这个地址。在背景知识中提到了/dev/kmem是系统主存的映像，可以通过查询该文件来找到sys_call_table的地址，并对其进行修改，来使用新的系统调用。那么如何在系统映像中找到sys_call_table的地址呢？让我们先看看system_call的源代码是如何来实现系统调用的（代码见/arch/i386/kernel/entry.S）：ENTRY(system_call)pushl%eax#saveorig_eaxSAVE_ALLGET_CURRENT(%ebx)cmpl$(NR_syscalls),%eaxjaebadsystestb$0x02,tsk_ptrace(%ebx)#PT_TRACESYSjnetracesyscall*SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)movl%eax,EAX(%esp)#savethereturnvalueENTRY(ret_from_sys_call)这段源代码首先保存相应的寄存器的值，然后判断系统调用号（在eax寄存器中）是否合法,继而对设置调试的情况进行处理，在所有这些进行完后，利用call*SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)来转入相应的系统调用进行处理，其中的SYMBOL_NAME(sys_call_table)得出的就是sys_call_table的地址。从上面的