Linux内核hack-运行中动态添加系统调用
Linux中每次添加一个系统调用都要完成重新编译内核，然后制作initrd等工作，不得不说这是一件繁重的工作，很多人本来已经构思好了自己的一个系统调用，要添加到内核，然后却被这些工作所中断，毫不夸张的说，制作initrd就很麻烦，虽然基于cpio的initrd可以利用几条命令完成，然而只要有一个错误，你就不得不重启系统。
我们都知道，内核模块运行在内核态，可以访问所有的内存空间，那么能不能在系统运行期间，不用重新编译内核，而运用内核模块机制实现添加系统调用呢？答案是肯定的，因为一个基本原理：内核态能读写所有的内存，内存全部在我们手中，没有什么事情做不到， 那么怎么做到呢？
如果我们了解了系统调用执行的过程，那么我们就知道在执行一个系统调用之前，有两个限制，第一就是系统调用数量在编译时定死，系统调用号必须在这个被允许的系统调用号区间内，第二就是系统调用表的地址未导出。 由于系统调用入口也是一种中断/异常，因此我们看一下代码，看个究竟，基于i386的内核代码在arch/i386/kernel/entry.S(基于2.6.8内核，虽然有点老，但能说明问题)，我们看一下系统调用的入口
- system_call：
- ENTRY(system_call)
- pushl %eax # save orig_eax
- SAVE_ALL
- GET_THREAD_INFO(%ebp)
- cmpl $(nr_syscalls), %eax #限制系统调用号在允许的范围内
- jae syscall_badsys
- # system call tracing in operation
- testb $(_TIF_SYSCALL_TRACE|_TIF_SYSCALL_AUDIT),TI_flags(%ebp)
- jnz syscall_trace_entry
- syscall_call:
- call *sys_call_table(,%eax,4) #调用系统调用，其中sys_call_table是系统调用表的地址
- movl %eax,EAX(%esp) # store the return value
- ...
通过以上的代码可以看出，如果我们想添加一个新的系统调用，第一，它的系统调用号不能超过nr_syscalls，第二，它的地址必须在系统调用表地址加上系统调用号*4的位置处， 也就是说，满足这两个条件，内核逻辑就会将执行流路由到我们调用的系统调用服务程序。
如果我们希望在系统运行期动态添加一个系统调用，那么就必须破除上述的两个神话。第一，我们必须修改nr_syscalls的值，第二，我们必须修改sys_call_table的值，并且新的sys_call_table内容值必须保留原有的sys_call_table内容值。 这个需求怎么做到呢？很简单，扫面二进制机器码！记住，内存在我们手中，还要记住，我们的这次行为不是攻击行为，只是为了调试一个新增加的系统调用而不想重新编译内核...！！！
到底怎么做到呢？首先，我们只需要修改掉system_call中的cmpl $(nr_syscalls), %eax语句中的nr_syscalls，我们首先从/proc/kallsym中取得system_call的地址，然后在其下面搜索cmpl $(nr_syscalls), %eax的机器码，搜到后将nr_syscalls修改；其次我们在/boot/Sysmap中取得sys_call_table的地址，然后在system_call的下面搜索这个地址的机器码，取得后我们将其修改为新的系统调用表的地址，需要指出的是，新的系统调用表的前nr_syscalls个字段必须和原始的系统调用表sys_call_table的相同。另外，如何获得sys_call_table的地址，这个技术值得商榷，其实有很多方法，本文使用最直接的方式，那就是从/boot/Sysmap中获取。
有一个细节，那就是如何在system_call附近寻找匹配检测系统调用号范围的机器码呢？最简单的方式莫过于模拟， 那就是写一个程序，调用cmpl $(nr_syscalls), %eax，其中nr_syscalls在2.6.8中为284，那么我们就写下面的代码：
- int main(int argc, char **argv)
- {
- asm("cmpl $284, %eax \n\t");
- return 0;
- }
编译后使用objdump得到了3d 1c 01 00 00 cmp $0x11c,%eax这样的机器码/汇编码，于是我们可以断定，机器特征码为3d 1c 01 00 00 。类似的，sys_call_table的地址也可以这样来求得，不过记住，没有必要，既然你有root权限了，还有必要这样吗？
那么到底怎么做到的呢？请看模块dynamic_add_syscall：
- #include <linux/init.h>
- #include <linux/kernel.h>
- #include <linux/module.h>
- #include <linux/sched.h>
- #include <linux/fs.h>
- #include <linux/proc_fs.h>
- unsigned long entry_addr, table_addr;
- unsigned long nowa_num, want_num;
- module_param(entry_addr, long, S_IRUSR);
- MODULE_PARM_DESC(entry_addr, "system call entry"); //参数保存system_call的地址
- module_param(table_addr, long, S_IRUSR);
- MODULE_PARM_DESC(table_addr, "syscall table"); //参数保存sys_call_table的地址
- module_param(nowa_num, long, S_IRUSR);
- MODULE_PARM_DESC(nowa_num, "system calls number"); //参数保存现有的系统调用数量
- module_param(want_num, long, S_IRUSR);
- MODULE_PARM_DESC(want_num, "system calls number"); //参数保存希望扩充到的系统调用数量
- unsigned int table_new[500] = {0x00}; //新的系统调用表
- unsigned int old_table; //保存原有的系统调用表，以备恢复
- unsigned int old_num; //保存原有系统调用数量，以备恢复
- unsigned int old_table_i; //保存系统调用表机器码命中的偏移地址
- unsigned int old_num_i; //保存系统调用数量机器码命中的偏移地址
- unsigned char *entry;
- unsigned char *table;
- unsigned int orig_table;
- unsigned char *nowa_num_addr;
- unsigned int appendi;
- //以下的procfs文件展示了一些地址信息，包括新的系统调用表地址以及当前到达哪个系统调用号了。
- static int
- read_syscall_info(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data)
- {
- int len;
- len = sprintf(page, "[table_addr:%p] [nowa number:%d] [please inc the value at address
- %p, thank you!]\n", table_new, appendi, &appendi);
- len -= off;
- *start = page + off;
- if (len > count)
- len = count;
- else
- *eof = 1;
- if (len < 0)
- len = 0;
- return len;
- }
- int __init rm_init(void){
- unsigned int new_table = table_new;
- unsigned char *ntp = &new_table;
- unsigned char num_test_op[5] = {0}; //定义一个数组，包含了匹配的检测系统调用号范围的机器码
- ：3d 1c 01 00 00。
- int i, j = 0, k = 0;
- entry = entry_addr;
- table = table_addr;
- nowa_num_addr = &nowa_num;
- unsigned char *want_num_addr = &want_num;
- orig_table = table;
- unsigned char *otp = &orig_table;
- num_test_op[0] = 0x3d;
- num_test_op[1] = *(nowa_num_addr+0); //这两行初始化匹配机器码
- num_test_op[2] = *(nowa_num_addr+1);
- num_test_op[3] = 0x00;
- num_test_op[4] = 0x00;
- for (i = 0; i < nowa_num; i ++) {
- unsigned int *p = table+i*4;
- table_new[i] = *p;
- }
- appendi = i;
- j = 0;
- for (i = 0; i < 256; i ++) {
- if ( !j &&
- *(entry+i+0) == num_test_op[0] &&
- *(entry+i+1) == num_test_op[1] &&
- *(entry+i+2) == num_test_op[2] &&
- *(entry+i+3) == num_test_op[3] &&
- *(entry+i+4) == num_test_op[4]
- ) {
- old_num_i = i;
- j = 1;
- *(entry+i+1) = *(want_num_addr+0); //这两行修改系统调用号的范围
- *(entry+i+2) = *(want_num_addr+1);
- }
- if ( !k &&
- *(entry+i+0) == *(otp+0) &&
- *(entry+i+1) == *(otp+1) &&
- *(entry+i+2) == *(otp+2) &&
- *(entry+i+3) == *(otp+3)
- ) {
- old_table_i = i;
- k = 1;
- *(entry+i+0) = *(ntp+0); //这四行修改系统调用表的地址
- *(entry+i+1) = *(ntp+1);
- *(entry+i+2) = *(ntp+2);
- *(entry+i+3) = *(ntp+3);
- }
- }
- //在procfs中导出一些信息，供实现新系统调用的模块参考
- create_proc_read_entry("new_syscall", S_IFREG, NULL, read_syscall_info, NULL);
- return 0;
- }
- void __exit rm_exit(void){
- //针对init的修改进行还原
- unsigned char *otp = &orig_table;
- *(entry+old_table_i+0) = *(otp+0);
- *(entry+old_table_i+1) = *(otp+1);
- *(entry+old_table_i+2) = *(otp+2);
- *(entry+old_table_i+3) = *(otp+3);
- *(entry+old_num_i+1) = *(nowa_num_addr+0);
- *(entry+old_num_i+2) = *(nowa_num_addr+1);
- remove_proc_entry("new_syscall", NULL);
- }
- EXPORT_SYMBOL(appendi); //导出现在已经到哪个系统调用号了
- module_init(rm_init);
- module_exit(rm_exit);
- MODULE_LICENSE("GPL");