从NDK在非Root手机上的调试原理探讨Android的安全机制Word格式文档下载.docx
《从NDK在非Root手机上的调试原理探讨Android的安全机制Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《从NDK在非Root手机上的调试原理探讨Android的安全机制Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
Linux中的每一个进程都关联有一个用户，也就是对应有一个UID，如图4所示：
由于每一个用户都对应有一个主用户组，以及若干个补充用户组，因此，每一个进程除了有一个对应的UID之外，还对应有一个主GID，以及若干个SupplementaryGIDs。
这些UID和GID就决定了一个进程所能访问的文件或者所能调用的系统API。
例如，在图4中，PID为340的进程一般来说，就只能访问所有者为u0_a19的文件。
一个进程的UID是怎么来的呢？
在默认情况下，就等于创建它的进程的UID，也就是它的父进程的UID。
Linux的第一个进程是init进程，它是由内核在启动完成后创建的，它的UID是root。
然后系统中的所有其它进程都是直接由init进程或者间接由init进程的子进程来创建。
所以默认情况下，系统的所有进程的UID都应该是root。
但是实际情况并非如此，因为父进程在创建子进程之后，也就是在fork之后，可以调用setuid来改变它的UID。
例如，在PC中，init进程启动之后，会先让用户登录。
用户登录成功后，就对应有一个shell进程。
该shell进程的UID就会被setuid修改为所登录的用户。
之后系统中创建的其余进程的UID为所登录的用户。
进程的UID除了来自于父进程之外，还有另外一种途径。
上面我们说到，Linux的文件有三种权限，分别是Read、Wirte和Execute。
其实还有另外一个种权限，叫做SUID。
例如，我们对Android手机进行root的过程中，会在里面放置一个su文件。
这个su文件就具有SUID权限，如图5所示：
一个可执行文件一旦被设置了SUID位，那么当它被一个进程通过exec加载之后，该进程的UID就会变成该可执行文件的所有者的UID。
也就是说，当上述的su被执行的时候，它所运行在的进程的UID是root，于是它就具有最高级别的权限，想干什么就干什么。
与SUI类似，文件还有另外一个称为SGID的权限，不过它描述的是用户组。
也就是说，一个可执行文件一旦被设置了GUID位，么当它被一个进程通过exec加载之后，该进程的主UID就会变成该可执行文件的所有者的主UID。
现在，小伙伴们应该可以理解Android手机的root原理了吧：
一个普通的进程通过执行su，从而获得一个具有root权限的进程。
有了这个具有root权限的进程之后，就可以想干什么就干什么了。
su所做的事情其实很简单，它再fork另外一个子进程来做真正的事情，也就是我们在执行su的时候，后面所跟的那些参数。
由于su所运行在的进程的UID是root，因此由它fork出来的子进程的UID也是root。
于是，子进程也可以想干什么就干什么了。
不过呢，用来root手机的su还会配合另外一个称为superuser的app来使用。
su在fork子进程来做真正的事情之前，会将superuser启动起来，询问用户是否允许fork一个UID是root的子进程。
这样就可以对root权限进行控制，避免被恶意应用偷偷地使用。
这里是su的源代码，小伙伴们可以根据上面所讲的知识读一读：
。
在传统的UNIX以及类UNIX系统中，进程的权限只划分两种：
特权和非特权。
UID等于0的进程就是特权进程，它们可以通过一切的权限检查。
UID不等于0的进程就非特权进程，它们在访问一些敏感资源或者调用一个敏感API时，需要进行权限检查。
这种纯粹通过UID来做权限检查的安全机制来粗放了。
于是，Linux从2.2开始，从进程的权限进行了细分，称为Capabilities。
一个进程所具有Capabilities可以通过capset和prctl等系统API来设置。
也就是说，当一个进程调用一个敏感的系统API时，Linux内核除了考虑它的UID之外，还会考虑它是否具有对应的Capability。
这里就是Linux所设计的Capabilities列表，有兴趣的小伙伴可以再读一读：
以上就是Linux基于UID/GID的安全机制的核心内容。
接下来我们再看Android基于Permission的安全机制，它也有三个角色：
apk、signature和permission，如图6所示：
Android的APK经过PackageManagerService安装之后，就相当于Linux里面的User，它们都会被分配到一个UID和一个主GID，而APK所申请的Permission就相当于是Linux里面的SupplementaryGID。
我们知道，Android的APK都是运行在独立的应用程序进程里面的，并且这些应用程序进程都是Zygote进程fork出来的。
Zygote进程又是由init进程fork出来的，并且它被init进程fork出来后，没有被setuid降权，也就是它的uid仍然是root。
按照我们前面所说的，应用程序进程被Zygote进程fork出来的时候，它的UID也应当是root。
但是，它们的UID会被setuid修改为所加载的APK被分配的UID。
参照一文的分析，ActivityManagerService在请求Zygote创建应用程序进程的时候，会将这个应用程序所加载的APK所分配得到的UID和GID（包括主GID和SupplementaryGID）都收集起来，并且将它们作为参数传递给Zygote进程。
Zygote进程通过执行函数来fork应用程序进程：
[cpp]viewplaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
/*
*Utilityroutinetoforkzygoteandspecializethechildprocess.
*/
staticpid_tforkAndSpecializeCommon（constu4*args,boolisSystemServer）
{
pid_tpid;
uid_tuid=（uid_t）args[0];
gid_tgid=（gid_t）args[1];
ArrayObject*gids=（ArrayObject*）args[2];
......
pid=fork（）;
if（pid==0）{
err=setgroupsIntarray（gids）;
err=setgid（gid）;
err=setuid（uid）;
}
.....
returnpid;
}
参数args[0]、args[1]和args[]保存的就是APK分配到的UID、主GID和SupplementaryGID，它们分别通过setuid、setgid和setgroupsIntarray设置给当前fork出来的应用程序进程，于是应用程序进程就不再具有root权限了。
那么，Signature又充当什么作用呢？
两个作用：
1.控制哪些APK可以共享同一个UID；
2.控制哪些APK可以申请哪些Permission。
我们知道，如果要让两个APK共享同一个UID，那么就需要在AndroidManifest中配置android:
sharedUserId属性。
PackageManagerService在安装APK的时候，如果发现两个APK具有相同的android:
sharedUserId属性，那么它们就会被分配到相同的UID。
当然这有一个前提，就是这两个APK必须具有相同的Signature。
这很重要，否则的话，如果我知道别人的APK设置了android:
sharedUserId属性，那么我也在自己的APK中设置相同的android:
sharedUserId属性，就可以去访问别人APK的数据了。
除了可以通过android:
sharedUserId属性申请让两个APK共享同一个UID之外，我们还可以将android:
sharedUserId属性的值设置为“android.uid.system”，从而让一个APK的UID设置为1000。
UID是1000的用户是system，系统的关键服务都是运行在的进程的UID就是它。
它的权限虽然不等同于root，不过也足够大了。
我们可以通过MasterKey漏洞来看一下有多大。
MasterKey漏洞发布时，曾轰动了整个Android界，它的具体情况老罗就不分析了，网上很多，这里是一篇官方的文章：
现在就简单说说它是怎么利用的：
1.找到一个具有系统签名的APP，并且这个APP通过android:
sharedUserId属性申请了android.uid.system这个UID。
2.通过MasterKey向这个APP注入恶意代码。
3.注入到这个APP的恶意代码在运行时就获得了system用户身份。
4.修改/data/local.prop文件，将属性ro.kernel.qemu的值设置为1。
5.重启手机，由于ro.kernel.qemu的值等于1，这时候手机里面的adb进程不会被setuid剥夺掉root权限。
6.通过具有root权限的adb进程就可以向系统注入我们熟悉的su和superuser.apk，于是整个root过程完成。
注意，第1步之所以要找一个具有系统签名的APP，是因为通过android:
sharedUserId属性申请android.uid.system这个UID需要有系统签名，也就是说不是谁可以申请system这个UID的。
另外，/data/local.prop文件的Owner是system，因此，只有获得了system这个UID的进程，才可以对它进行修改。
再说说Signature与Permission的关系。
有些Permission，例如INSTALL_PACKAGE，不是谁都可以申请的，必须要具有系统签名才可以，这样就可以控制SuppementaryGID的分配，从而控制应用程序进程的权限。
具有哪些Permission是具有系统签名才可以申请的，可以参考官方文档：
，就是哪些标记为“Notforusebythird-partyapplications”的Permission。
了解了Android的Permission机制之后，我们就可以知道：
1.Android的APK就相当于是Linux的UID。
2.Android的Permission就相当于是Linux的GID。
3.Android的Signature就是用来控制APK的UID和GID分配的。
这就是Android基于Permission的安全机制与Linux基于UID/GID的安全机制的关系，概括来说，我们常说的应用程序沙箱就是这样的：
接下来我们就终于可以步入正题分析NDK在非root手机上调试APP的原理了。
首先们需要知道的是，NDK是通过gdbclient和gdbserver来调试APP的。
具体来说，就是通过gdbserver通过ptrace附加上目标APP进程去，然后gdbclient再通过socket或者pipe来链接gdbserver，并且向它发出命令来对APP进程进行调试。
这个具体的过程可以参考这篇文章，讲得很详细的了：
老罗希望小伙伴们认真看完这篇文章再来看接下来的内容，因为接下来我们只讲这篇文章的关键点。
第一个关键点是每一个需要调试的APK在打包的时候，都会带上一个gdbserver。
因为手机上面不带有gdbserver这个工具。
这个gdbserver就负责用来ptrace到要调度的APP进程去。
第二个关键点是ptrace的调用。
一般来说，只有root权限的进程只可以调用。
例如，如果我们想通过ptrace向目标进程注入一个SO，那么就需要在root过的手机上通过向su申请root权限。
但是，这不是绝对的。
如果一个进程与目标进程的UID是相同的，那么该进程就具有调用ptrace的权限。
我们可以看看ptrace_attach函数的实现：
staticintptrace_attach（structtask_struct*task,longrequest,
unsignedlongaddr,
unsignedlongflags）
task_lock（task）;
retval=__ptrace_may_access（task,PTRACE_MODE_ATTACH）;
task_unlock（task）;
if（retval）
gotounlock_creds;
unlock_creds:
mutex_unlock（&
task->
signal->
cred_guard_mutex）;
out:
returnretval;
gdbserver在调试一个APP之前，首先要通过ptrace_attach来附加到该APP进程去。
ptrace_attach在执行实际操作之后，会调用__ptrace_may_access来检查调用进程的权限：
int__ptrace_may_access（structtask_struct*task,unsignedintmode）
conststructcred*cred=current_cred（）,*tcred;
if（task==current）
return0;
rcu_read_lock（）;
tcred=__task_cred（task）;
if（cred->
user->
user_ns==tcred->
user_ns&
&
（cred->
uid==tcred->
euid&
cred->
suid&
uid&
gid==tcred->
egid&
sgid&
gid））
gotook;
if（ptrace_has_cap（tcred->
user_ns,mode））
rcu_read_unlock（）;
return-EPERM;
ok:
returnsecurity_ptrace_access_check（task,mode）;
这里我们就可以看到，如果调用进程与目标进程具有相同的UID和GID，那么权限检查就通过。
否则的话，就要求调用者进程具有执行ptrace的capability，这是通过另外一个函数ptrace_has_cap来检查的。
如果是调用进程的UID是root，那么ptrace_has_cap一定会检查通过。
当然，通过了上述两个权限检查之后，还要接受内核安全模块的检查，这个就不是通过UID或者Capability这一套机制来控制的了，我们可以忽略这个话题。
第三个关键点是如何让gdbserver进程的UID与要调试的APP进程的UID一样。
因为在没有root过的手机上，要想获得root权限是不可能的了，因此只能选择以目标进程相同的UID运行这个方法。
这就要用到另外一个工具了：
run-as。
runs-as其实是一个与su类似的工具，它在设备上是自带的，位于/system/bin目录下，它的SUID位也是被设置了，并且它的所有者也是root，我们可以通过ls-l/system/bin/run-as来看到：
[plain]viewplaincopy在CODE上查看代码片派生到我的代码片
root@android:
/#ls-l/system/bin/run-as
-rwsr-s---rootshell95282013-12-0505:
32run-as
但是与su不同，run-as不是让一个进程以root身份运行，而是让一个进程以指定的UID来运行，这也是通过setuid来实现的。
run-as能够这样做是因为它运行的时候，所获得的UID是root。
第四个关键点是被调试的APK在其AndroidManifext.xml里必须将android:
debuggable属性设置为true。
这是为什么呢？
原来，当一个进程具有ptrace到目标进程的权限时，还不能够对目标进程进行调试，还要求目标进程将自己设置为可dumpable的。
我们再回过头来进一步看看__ptrace_may_access的实现：
intdumpable=0;
smp_rmb（）;
if（task->
mm）
dumpable=get_dumpable（task->
mm）;
if（!
dumpable&
!
ptrace_has_cap（task_user_ns（task）,mode））
我们再来看看当一个APK在其AndroidManifext.xml里必须将android:
debuggable属性设置为true时会发生什么事情。
ActivityManagerService在请求Zygote进程为其fork一个应用程序进程时，会将它的DEBUG_ENABLE_DEBUGGER标志位设置为1，并且以参数的形式传递给Zygote进程。
Zygote进程在调用我们在上面分析的函数forkAndSpecializeCommon来fork应用程序进程时，就会相应的处理，如下所示：
u4debugFlags=args[3];
/*configureadditionaldebugoptions*/
enableDebugFeatures（debugFlags）;
参数args[3]包含的就是调试标志位，函数enableDebugFeatures的实现如下所示：
voidenableDebugFeatures（u4debugFlags）
if（（debugFlags&
DEBUG_ENABLE_DEBUGGER）!
=0）{
/*Toletanon-privilegedgdbserverattachtothis
*process,wemustsetitsdumpablebitflag.However
*wearenotinterestedingeneratingacoredumpin
*caseofacrash,soalsosetthecoredumpsizeto0
*todisablethat
if（prctl（PR_SET_DUMPABLE,1,0,0,0）<
0）{
ALOGE（"
couldnotsetdumpablebitflagforpid%d:
%s"
getpid（）,strerror（errno））;
}else{
structrlimitrl;
rl.rlim_cur=0;
rl.rlim_max=RLIM_INFINITY;
if（setrlimit（RLIMIT_CORE,&
rl）<
couldnotdisablecor
升级会员 