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Linux执行命令监控.md

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原文 by ysrc

0x00 背景介绍

Linux上的HIDS需要实时对执行的命令进行监控，分析异常或入侵行为，有助于安全事件的发现和预防。为了获取执行命令，大致有如下方法：

  1. 遍历/proc目录，无法捕获瞬间结束的进程。
  2. Linux kprobes调试技术，并非所有Linux都有此特性，需要编译内核时配置。
  3. 修改glic库中的execve函数，但是可通过int0x80绕过glic库，这个之前360 A-TEAM一篇文章有写到过。
  4. 修改sys_call_table，通过LKM(loadable kernel module)实时安装和卸载监控模块，但是内核模块需要适配内核版本。

确定了Hook点之后，就可以选择Hook方案了，这时有几个选择：
在应用层：

1、在ring3通过/etc/ld.so.preload劫持系统调用
2、二次开发glibc加入监控代码(据说某产品就是这么做监控的)
3、基于调试器思想通过ptrace()主动注入

在应用层做Hook的好处是不受内核版本影响，通用性较好，而且技术难度相对较低，但是缺点更明显，因为ring3层的Hook都是针对glibc库做的监控，只要直接陷入0x80中断，就可以绕过glibc库直接调用系统调用，比如近期分析的某挖矿木马：

既然应用层的监控行不通，那就看看内核层的监控手段：

1、API Inline Hook
2、sys_call_table Hook
3、IDT Hook
4、利用LSM(Linux Security Module)

API Inline Hook以及IDT Hook操作难度较大，而且兼容性较差，利用LSM监控API虽然性能最好，但是必须编译进内核才能使用，不可以实时安装卸载，而sys_call_table的Hook相对易于操作，作为防御者也可以直接从” /boot/System.map-uname -r ”中直接获取sys_call_table地址，也可以利用LKM(loadable kernel module)技术实现实时安装卸载，所以最后选择在内核层Hook sys_call_table实现监控。

综合上面方案的优缺点，我们选择修改sys_call_table中的execve系统调用，虽然要适配内核版本，但是能100%监控执行的命令。

0x01 总体架构

首先sys_execve监控模块，需要替换原有的execve系统调用。在执行命令时，首先会进入监控函数，将日志通过NetLink发送到用户态分析程序（如想在此处进行命令拦截，修改代码后也是可以实现的），然后继续执行系统原生的execve函数。

0x02 获取sys_call_table地址

获取sys_call_table的数组地址，可以通过/boot目录下的System.map文件中查找。

命令如下：
cat /boot/System.map-uname-r| grep sys_call_table
这种方式比较麻烦，在每次insmod内核模块的时候，需要将获取到的地址通过内核模块传参的方式传入。而且System.map并不是每个系统都有的，删除System.map对于系统运行无影响。

我们通过假设加偏移的方法获取到sys_call_table地址，首先假设sys_call_tale地址为sys_close，然后判断sys_call_table[__NR_close]是否等于sys_close，如果不等于则将刚才的sys_call_table偏移sizeof(void *)这么多字节，直到满足之前的判断条件，则说明找到正确的sys_call_table的地址了。

代码如下：

unsigned long **find_sys_call_table(void) {
    unsigned long ptr;
    unsigned long *p;
    pr_err("Start foundsys_call_table.\n");
        for (ptr = (unsignedlong)sys_close;
         ptr < (unsignedlong)&loops_per_jiffy;
         ptr += sizeof(void*)) {
        p = (unsigned long*)ptr;
        if (p[__NR_close] ==(unsigned long)sys_close) {
            pr_err("Foundthe sys_call_table!!! __NR_close[%d] sys_close[%lx]\n"
                    "__NR_execve[%d] sct[__NR_execve][0x%lx]\n",
                   __NR_close,
                   (unsigned long)sys_close,
                   __NR_execve,
                    p[__NR_execve]);
            return (unsignedlong **)p;
        }  
    }  
        return NULL;
}

0x03 修改__NR_execve地址

即使获取到了sys_call_table也无法修改其中的值，因为sys_call_table是一个const类型，在修改时会报错。因此需要将寄存器cr0中的写保护位关掉，wp写保护的对应的bit位为0x00010000。

代码如下：

unsigned long original_cr0;
original_cr0 = read_cr0();
write_cr0(original_cr0 & ~0x00010000);  #解除写保护
orig_stub_execve = (void *)(sys_call_table_ptr[__NR_execve]);
sys_call_table_ptr[__NR_execve]= (void *)monitor_stub_execve_hook;
write_cr0(original_cr0);        #加上写保护

在修改sys_call_hook[__NR_execve]中的地址时，不只是保存原始的execve的地址，同时把所有原始的系统调用全部保存下载。

void *orig_sys_call_table [NR_syscalls];
for(i = 0; i < NR_syscalls - 1; i ++) {
    orig_sys_call_table[i] =sys_call_table_ptr[i];
}

0x04 Execve进行栈平衡

除了execve之外的其他系统调用，基本只要自定义函数例如：my_sys_write函数，在此函数中预先执行我们的逻辑，然后再执行orig_sys_write函数，参数原模原样传入即可。但是execve不能模仿上面的写法，用以上的方法可能会导致Kernel Panic。
需要进行一下栈平衡，操作如下：

  1. 定义替换原始execve函数的函数monitor_stub_execve_hook
.text
.global monitor_stub_execve_hook
monitor_stub_execve_hook:
  1. 在执行execve监控函数之前，将原始的寄存器进行入栈操作：
pushq   %rbx
pushq   %rdi
pushq   %rsi
pushq   %rdx
pushq   %rcx
pushq   %rax
pushq   %r8
pushq   %r9
pushq   %r10
pushq   %r11

  1. 执行监控函数并Netlink上报操作：
    call monitor_execve_hook

  2. 入栈的寄存器值进行出栈操作

pop     %r11
pop     %r10
pop     %r9
pop     %r8
pop     %rax
pop     %rcx
pop     %rdx
pop     %rsi
pop     %rdi
pushq   %rbx
  1. 执行系统的execve函数
    jmp *orig_sys_call_table(, %rax, 8)

0x05 执行命令信息获取

监控执行命令，如果用户态使用的是相对路径执行，此模块也需要获取出全路径。通过getname()函数获取执行文件名，通过open_exec()和d_path()获取出执行文件全路径。通过current结构体变量获取进程pid，父进程名，ppid等信息。同时也获取运行时的环境变量中PWD，LOGIN相关的值。
最终将获取到的数据组装成字符串，用ascii码值为0x1作为分隔符，通过netlink_broadcast()发送到到用户态分析程序处理。

0x06 监控效果

在加载内核模块，在用户态执行netlink消息接收程序。然后使用相对路径执行命令./t my name is xxxx，然后查看用户态测试程序获取的数据。

0x07 版本支持及代码

支持内核版本：2.6.32, >=3.10.0
源代码路径：https://github.com/ysrc/yulong-hids/tree/master/syscall_hook