Black Hat Asia 2022议题解读：Unix Domain Socket：安卓生态系统中通往权限提升的暗门

作者：柯懂湘、曲乐炜、闫晗、林道正

Unix Domain Socket (UDS)是安卓中重要的本地进程间通信方式之一，其自身具备访问控制能力，可以安全地传递通信数据。但由于UDS服务通常不会和第三方应用进行直接通信，且SElinux限制了普通程序对UDS服务的访问，导致厂商往往忽视UDS服务自身的安全性。因此，由设计或实现上的缺陷及错误配置等原因引入的各种安全漏洞使UDS成为了一个可以获得权限提升的隐藏攻击面。

针对安卓生态系统中的UDS服务，百度安全的研究员柯懂湘和闫晗在北京时间5月12日下午以线上的形式分享了议题《Unix Domain Socket: A Hidden Door Leading to Privilege Escalation in the Android Ecosystem》，该议题主要讨论了UDS的应用场景及安全风险，绕过访问控制的漏洞利用方法，以及针对UDS服务的自动化分析方法。

议题解读

一、基本概念

1.Unix Domain Socket概念
（1）定义
Unix Domain Socket (UDS) 是一种本地进程间通信方式，用于在同一台主机的两个不同进程之间传输数据。如图 1所示，UDS的通信模型以及应用程序编程接口（Application Programming Interface, API）与网络Socket十分相似。不同之处在于，UDS并非基于网络协议，所有通信过程均在内核中完成。因此，UDS更加适合本地进程间通信。

⬆️图 1 Unix Domain Socket通信模型
（2）Socket类型和命名空间
UDS有3种Socket类型，分别为SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM和SOCK_SEQPACKET。其中SOCK_STREAM是面向数据流的类型，类似于管道。SOCK_DGRAM是面向数据报的类型，类似于消息队列。SOCK_SEQPACKET是面向连接的类型，保留了消息边界。
每个UDS都拥有一个名称。既可以使用FILESYSTEM命名空间，将名称绑定到一个文件系统路径，也可以使用与文件系统的无关的ABSTRACT命名空间。图 2分别说明了FILESYSTEM命名空间和ABSTRACT命名空间的UDS名称示例。

⬆️图 2 Unix Domain Socket命名
（3）安卓API
安卓为使用UDS提供了诸多封装的API。在Java层，LocalServerSocket是最常用的UDS API。LocalServerSocket封装了多个底层API，包括bind、listen等。可用于创建指定名称的UDS服务端，并开启监听。API定义如图 3所示。

⬆️图 3 Java层UDS API
在JNI层和Native层，可以使用标准的POSIX Socket API创建UDS，也可以使用安卓提供的封装API如socket_local_server、socket_local_client。API定义如图 4、图 5所示。

图 4 JNI层和Native层UDS API（POSIX）

图 5 JNI层和Native层UDS API（安卓）

2.访制控制方法
访问控制是UDS的关键安全措施之一。在安卓中，有多种方法可以对UDS进行访问控制。如果UDS绑定到一个文件系统路径，可以通过文件权限限制哪些用户可以向其socket文件进行写入。UDS socket文件权限如图 6所示。

图 6 UDS访问控制-文件权限
UDS服务也可以调用getsockopt获取客户端进程的PID、UID、GID等信息，进而利用这些信息判断客户端进程是否拥有对UDS服务的访问权限。getsockopt定义如图 7所示。

图 7 UDS访问控制-getsockopt
最常见的UDS服务访问控制方式则是SELinux。SELinux中，与UDS相关的类别有三种，分别是sock_file、unix_stream_socket和unix_dgram_socket。其中，sock_file用于socket文件对象，其余两个类别用于进程对象。SELinux规则可以限制哪些域能够向特定的sock_file进行写入（如图 8所示），也可以限制哪些域能够连接特定进程创建的UDS（如图 9所示）。

图 8 UDS访问控制-SELinux限制sock_file

图 9 UDS访问控制-SELinux限制unix_dgram_socket
同时，安卓也提供了一些用于设置SELinux策略的宏，如图 10所示。

图 10 安卓中用于设置SELinux策略的宏

二、应用场景

1.应用场景分类
我们广泛研究了大量设备上的UDS服务，并总结了UDS的主要应用场景。我们在宏观上将UDS的应用场景分为两大类。第一类是诊断工具，例如日志管理工具、异常管理工具等。第二类是复杂的HAL模块，例如GPS、电源等。分类如图 11所示。

图 11 UDS主要应用场景分类
2.真实示例
（1）日志管理中的UDS
在安卓设备中，通常有两个日志管理系统。其一是安卓标准的日志管理系统，其二是供应商自行实现的日志管理系统。安卓标准的日志管理系统的核心是守护进程logd。无论是安卓应用中使用的Log API还是LOGCAT命令，它们发出的请求均由logd处理。logd的架构如图 12所示。其包含三个模块，每个模块开启一个UDS监听。用户可向logdw socket写入日志，从logdr socket读取日志，以及向logd socket发送命令。这也是LOGCAT的工作原理。

图 12 logd架构图
供应商实现的日志管理系统更为复杂，架构如图 13所示。顶层是日志管理应用DebuggerUI，DebuggerUI的下层是负责收集不同模块日志的多个守护进程。其中mobile_log_d最为重要，它可以收集内核模块日志。每个守护进程监听一个UDS，用于接收DebuggerUI发送的命令。也就是说，mobile_log_d等守护进程通过UDS向上层暴露了管理接口。

图 13 供应商日志管理系统架构图
（2）异常管理中的UDS
在AOSP中，TombstoneD和System Server均利用UDS接收异常信息。许多厂商自行开发的异常管理工具，例如Android Exception Engine（AEE）也会使用UDS。AEE中与UDS相关的架构如图 14所示。aee_aed监听三个UDS。aed和aed32的UDS用于接收异常信息，rttd的UDS提供Dump运行时信息的接口。AEE对Activity Manager Service和crash dump进行了插桩。当安卓应用发生异常时，Activity Manager Service将连接到aed UDS，向其发送异常信息。当native发生异常时，crash dump将连接到aed32 UDS，向其发送tombstone的文件路径。tombstone文件包含了详细的异常信息。

图 14 异常管理工具AEE UDS架构图
（3）HAL中的UDS
UDS的另一个应用场景是HAL（Hardware Abstraction Layer）。一个复杂的HAL通常由HAL Service和守护进程两部分组成，如图 15所示。其中HAL Service向安卓Framework暴露标准接口，而守护进程实现具体功能。HAL Service和守护进程之间通过UDS进行通信。

图 15 HAL架构图
GPS模块是一个典型的例子，其架构如图 16如所示。GPS模块包含两个HW Binder Service和三个守护进程。每个守护进程都通过UDS向HW Binder Service暴露了接口。这种通信模型在其他硬件模块中同样十分常见。

图 16 GPS模块架构图
3.UDS服务的特点
通过对UDS服务的分析，我们发现UDS服务通常以高权限运行，且经常应用在一些敏感的任务中，如操纵系统文件、维护敏感信息、与驱动交互等。这意味着UDS服务是很有价值的攻击目标。另外，重要但容易被忽视的一点是，UDS服务通常是完整数据流图中的一个节点，如图 17所示。除了直接连接UDS服务之外，还有许多其他的攻击路径。我们可以利用上游节点将恶意的攻击载荷转发给UDS服务，这种攻击思路在许多场景中都是有效的。

图 17 UDS服务数据流图

三、常见漏洞

在UDS服务中，常见的漏洞包括配置错误、访问控制失效、内存破坏、逻辑漏洞等。
1.配置错误
配置错误通常出现在诊断工具中，可以导致敏感接口暴露。常见的漏洞模式有两种：
打包配置错误，导致内部调试工具被打包到发行版的ROM中
运行配置错误，导致诊断工具以错误的模式运行
例如在我们发现的CVE-2020-11836漏洞中，厂商将AEE错误地配置为调试模式（图 18）。利用暴露的接口，攻击者可以获取一些正常情况下root权限才能获取的敏感信息。

图 18 AEE中的配置错误漏洞
2.访问控制失效
访问控制失效可以导致UDS成为攻击面。常见的漏洞模式包括：
下游厂商关闭SELinux（在IoT设备中尤其常见）
仅在客户端SDK中进行权限校验，攻击者可以绕过客户端SDK直接访问UDS服务
错误的鉴权方式（例如，只校验进程名称）
可以通过其他路径绕过UDS服务的访问控制
例如在我们发现的CVE-2021-0364漏洞中，我们可以将攻击载荷发送至上层应用，利用上层应用的转发绕过SELinux限制，实现命令注入。
3.内存破坏
内存破坏通常由不正确的解析和处理导致。常见的内存破坏漏洞包括：
栈溢出（Stack Overflow）
堆溢出（Heap Overflow）
整型溢出（Integer Overflow）
释放后重用（Use After Free）
4.逻辑漏洞
逻辑漏洞通常由缺少输入校验导致。由于几乎所有的UDS服务都具有访问控制，无法被untrusted_app直接访问，因此开发者通常会认为UDS服务是安全的，从而忽略对输入的合法性校验。逻辑漏洞可能导致命令注入、信息泄露、任意文件读写等后果。

四、绕过访问控制

针对具有访问控制的UDS服务，我们提出了一种攻击思路。首先绘制该UDS服务完整的数据流图，然后尝试利用其他节点将攻击载荷转发至目标UDS服务。例如在图 19所示的数据流图中，我们发现HW Binder Service可以直接访问目标UDS服务，Framework可以基于HW Binder Service的转发间接访问目标UDS服务。而HW Binder Service和Framework分别暴露了HIDL和AIDL接口。攻击者虽然不能直接连接目标UDS，但可以借助HW Binder Service或Framework的接口，向目标UDS间接发送攻击载荷。

图 19绕过访问控制攻击UDS服务

五、自动化分析方法

1.信息收集
UDS漏洞挖掘所需信息及收集方法如下：
1.Socket信息
1）命名空间、类型： netstat或ss
2）SELinux上下文：ls -Z
2.进程信息：
1）二进制文件路径：ls -al /proc/pid/exe
2）SELinux上下文：cat/proc/pid/attr/current
3.SELinux规则：
1）导出：cat /sys/fs/selinux/policy
2）分析：sesearch
我们基于Python和ADB将现有工具整合，开发了一个UDS服务信息自动化收集工具。工具的输出如图 20所示。输出枚举了设备中所有的UDS服务，并列举了SELinux上下文、进程二进制文件路径等信息。

图 20 UDS服务信息自动化收集工具输出示例
2.漏洞挖掘
对于白盒漏洞挖掘，我们可以利用多种工具提升挖掘效率，例如CodeQL、Soot等。图 21展示了我们利用CodeQL挖掘命令注入漏洞的例子。我们可以利用CodeQL执行静态的污点分析，查看从ReceivedBuffer读取的数据是否能够流向SystemCmd。CodeQL和静态污点分析十分有效，但缺点在于需要对各种库函数进行建模，尤其是C++的一些容器类。

图 21 CodeQL挖掘命令注入漏洞
3.访问控制绕过
绕过访问控制的关键在于绘制UDS服务完整的数据流图。想要自动化生成数据流图，其关键在于如何自动化地找到各种进程间通信方式的两端。事实上，查找UDS通信的对端是十分困难的，因为内核并没有提供这样的接口。但仍然有一些更好的替代方法。为了查找哪些进程可以连接指定的UDS服务，我们可以利用sesearch工具分析SELinux规则。其难点在于查找域和进程对应关系。为了查找指定Binder的所属进程及客户端进程，我们可以利用bindump工具进行分析。但该工具基于debugfs实现，在Android 11上不受支持。总体而言，存在一些能够提升数据流图绘制效率的方法，但自动化程度的整体水平不高。

六、漏洞挖掘成果

我们对多家厂商的UDS服务进行了漏洞挖掘。截至2022年4月20日，我们已累计发现12处UDS服务安全漏洞，覆盖4家知名厂商，获得9个CVE和3家厂商的致谢。问题列表如表 1所示，目前相关厂商已修复了所有安全漏洞并输出了补丁。
表 1 UDS服务漏洞列表
No
Vulnerability
CVE
1
Command Injection
CVE-2021-0363
2
Command Injection
CVE-2021-0364
3
Information Disclosure
CVE-2021-0404
4
Integer Overflow
CVE-2021-0353
5
Integer Overflow
CVE-2021-0355
6
Information Disclosure
CVE-2022-20098
7
Stack Overflow
Confirmed
8
OOB Write
Confirmed
9
Command Injection
CVE-2021-39616
10
Mis-Configuration
CVE-2021-1049
11
Information Disclosure
CVE-2020-11836
12
Mis-Configuration
Confirmed

七、安全建议

尽管访问控制可以降低UDS服务遭受攻击的风险，但访问控制无法解决所有安全问题。因为在安卓生态中，UDS服务通常是完整数据交互图中的一个节点。访问控制可以约束哪些进程能够访问UDS服务，但无法约束上游服务如何使用UDS服务。我们建议UDS服务的开发者更加关注服务实现本身的安全性，而非仅依赖访问控制来保障安全。

八、总结

对整个议题总结如下：
我们深入分析了安卓设备中Unix Domain Socket这一攻击面，总结了Unix Domain Socket在安卓上的主要应用场景，梳理了每种场景存在的安全风险
我们提出了一些绕过Unix Domain Socket访问控制的漏洞利用思路，以及针对Unix Domain Socket服务的自动化分析方法
在实践中，我们累计发现了12处UDS服务安全漏洞，获得9个CVE编号，并给出相应的修复建议