添加新的系统调用 ，这是一个老掉牙的话题。前段时间折腾Rootkit的时候，我有意避开涉及HOOK劫持系统调用的话题，我主要是想来点新鲜的东西，毕竟关于劫持系统调用这种话题，网上的资料可谓汗牛充栋。
本文的主题依然不是劫持系统调用，而是添加系统调用，并且是动态添加系统调用，即在不重新编译内核的前提下添加系统调用，毕竟如果可以重新编译内核的话，那实在是没有意思。
但文中所述动态新增系统调用的方式依然是老掉牙的方式，甚至和2011年的文章有所雷同，但是 这篇文章介绍的方式足够清爽！
我们从一个问题开始。我的问题是：
- Linux系统中如何获取以及修改当前进程的名字？？
你去搜一下这个topic，一堆冗余繁杂的方案，大多数都是借助procfs来完成这个需求，但没有直接的让人感到清爽的方法，比如调用一个getname接口即可获取当前进程的名字，调用一个modname接口就能修改自己的名字，没有这样的方法。
所以，干嘛不增加两个系统调用呢：
- sys_getname: 获取当前进程名。
- sys_setname: 修改当前进程名。
总体上，这是一个 增加两个系统调用的问题。
下面先演示动态增加一个系统调用的原理。还是使用2011年的老例子，这次我简单点，用systemtap脚本来实现。
千万不要质疑systemtap的威力，它的guru模式其实就是一个普通的内核模块，只是让编程变得更简单，所以， 把systemtap当一种方言来看待，而不仅仅作为调试探测工具。 甚至纯guru模式的stap脚本根本没有用到int 3断点，它简直可以用于线上生产环境！
演示增加系统调用的stap脚本如下：
<code>#!/usr/bin/stap -g// newsyscall.stap%{unsigned char *old_tbl;// 这里借用本module的地址，分配静态数组new_tbl作为新的系统调用表。// 注意：不能调用kmalloc，vmalloc分配，因为在x86_64平台它们的地址无法被内核rel32跳转过来！unsigned char new_tbl[8*500] = {0};unsigned long call_addr = 0;unsigned long nr_addr = 0;unsigned int off_old;unsigned short nr_old;// 使用内核现成的poke text接口，而不是自己去修改页表权限。// 当然，也可以修改CR0，不过这显然没有直接用text_poke清爽。// 这是可行的，不然呢？内核自己的ftrace或者live kpatch怎么办？！void *(*_text_poke_smp)(void *addr, const void *opcode, size_t len);%}%{// 2011年文章里的例子，打印一句话而已，我修改了函数名字，称作“皮鞋”asmlinkage long sys_skinshoe(int i){ printk("new call----:%d\\n", i); return 0;}%}function syscall_table_poke()%{ unsigned short nr_new = 0; unsigned int off_new = 0; unsigned char *syscall; unsigned long new_addr; int i; new_addr = (unsigned long)sys_skinshoe; syscall = (void *)kallsyms_lookup_name("system_call"); old_tbl = (void *)kallsyms_lookup_name("sys_call_table"); _text_poke_smp = (void *)kallsyms_lookup_name("text_poke_smp"); // 拷贝原始的系统调用表,3200个字节有点多了，但绝对不会少。 memcpy(&new_tbl[0], old_tbl, 3200); // 获取新系统调用表的disp32偏移(x86_64带符号扩展)。 off_new = (unsigned int)((unsigned long)&new_tbl[0]); // 在system_call函数的指令码里进行特征匹配，匹配cmp $0x143 %rax for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0x48 && syscall[i+1] == 0x3d) { nr_addr = (unsigned long)&syscall[i+2]; break; } } // 在system_call函数的指令码里进行特征匹配，匹配callq *xxxxx(,%rax,8) for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0xff && syscall[i+1] == 0x14 && syscall[i+2] == 0xc5) { call_addr = (unsigned long)&syscall[i+3]; break; } } // 1. 增加一个系统调用数量 // 2. 使能新的系统调用表 off_old = *(unsigned int *)call_addr; nr_old = *(unsigned short *)nr_addr; // 设置新的系统调用入口函数 *(unsigned long *)&new_tbl[nr_old*8 + 8] = new_addr; nr_new = nr_old + 1; memcpy(&new_tbl[nr_new*8 + 8], &old_tbl[nr_old*8 + 8], 16); // poke 代码 _text_poke_smp((void *)nr_addr, &nr_new, 2); _text_poke_smp((void *)call_addr, &off_new, 4);%}function syscall_table_clean()%{ _text_poke_smp((void *)nr_addr, &nr_old, 2); _text_poke_smp((void *)call_addr, &off_old, 4);%}probe begin{ syscall_table_poke();}probe end{ syscall_table_clean();}/<code> 唯一需要解释的就是两处poke：
- 修改系统调用数量的限制。
- 修改系统调用表的位置。
我们从system_call指令码中一看便知：
<code>crash> dis system_call0xffffffff81645110 <system>: swapgs...# 0x143需要修改为0x1440xffffffff81645173 <system>: cmp $0x143,%rax0xffffffff81645179 <system>: ja 0xffffffff81645241 <badsys>0xffffffff8164517f <system>: mov %r10,%rcx# -0x7e9b2c40需要被修正为新系统调用表的disp32偏移0xffffffff81645182 <system>: callq *-0x7e9b2c40(,%rax,8)0xffffffff81645189 <system>: mov %rax,0x20(%rsp)/<system>/<system>/<system>/<badsys>/<system>/<system>/<system>/<code>
如果代码正常，那么直接执行上面的stap脚本的话，新的系统调用应该已经生成，它的系统调用号为324，也就是0x143+1。至于说为什么系统调用号必须是逐渐递增的，请看：
<code>callq *-0x7e9b2c40(,%rax,8)/<code>
上述代码的含义是：
<code>call index * 8 + disp32_offset /<code>
这意味着内核是按照数组下标的方式索引系统调用的，这要求它们必须连续存放。
好了，回到现实，我们上面的行动是否成功了呢？事情到底是不是我们想象的那样的呢？我们写个测试case验证一下：
<code>// newcall.cint main(int argc, char *argv[]){ syscall(324, 1234); perror("new system call");}/<code> 执行之，看结果：
<code>[root@localhost test]# gcc newcall.c[root@localhost test]# ./a.outnew system call: Success[root@localhost test]# dmesg[ 1547.387847] stap_6874ae02ddb22b6650aee5cd2e080b49_2209: systemtap: 3.3/0.176, base: ffffffffa03b6000, memory: 106data/24text/0ctx/2063net/9alloc kb, probes: 2[ 1549.119316] new call----:1234/<code>
OK，成功！此时我们Ctrl-C掉我们的stap脚本，再次执行a.out：
<code>[root@localhost test]# ./a.outnew system call: Function not implemented/<code>
完全符合预期。
OK，那么现在开始正事，即新增两个系统调用，sysgetname和syssetname，分别为获取和设置当前进程的名字。
来吧，让我们开始。
其实 newsyscall.stap 已经足够了，稍微改一下即可，但是这里的 稍微改 体现了品质和优雅：
- 改为oneshot模式，毕竟我不希望有个模块在系统里。
oneshot模式需要动态分配内存，保证在stap模块退出后这块内存不会随着模块的卸载而自动释放。而这个，我已经玩腻了。
直接上代码：
<code>#!/usr/bin/stap -g// poke.stp%{// 为了rel32偏移的可达性，借用模块映射空间的范围来分配内存。#define START _AC(0xffffffffa0000000, UL)#define END _AC(0xffffffffff000000, UL)// 保存原始的系统调用表。unsigned char *old_tbl;// 保存新的系统调用表。unsigned char *new_tbl;// call系统调用表的位置。unsigned long call_addr = 0;// 系统调用数量限制检查的位置。unsigned long nr_addr = 0;// 原始的系统调用表disp32偏移。unsigned int off_old;// 原始的系统调用数量。unsigned short nr_old;void * *(*___vmalloc_node_range)(unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long, gfp_t, pgprot_t, int, const void *);void *(*_text_poke_smp)(void *addr, const void *opcode, size_t len);%}%{// 新系统调用的text被copy到了新的页面，因此最好不要调用内核函数。// 这是因为内核函数之间的互调使用的是rel32调用，这就需要校准偏移，太麻烦。// 记住：作为例子，不调用printk，也不调用memcpy/memset...如果想秀花活儿，自己去校准吧。// 详细的秀法，参见我前面关于rootkit的文章。long sys_setskinshoe(char *newname, unsigned int len){ int i; if (len > 16 - 1) return -1; for (i = 0; i < len; i++) { current->comm[i] = newname[i]; } current->comm[i] = 0; return 0;}long sys_getskinshoe(char *name, unsigned int len){ int i; if (len > 16 - 1) return -1; for (i = 0; i < len; i++) { name[i] = current->comm[i]; } return 0;}unsigned char *stub_sys_skinshoe;%}function syscall_table_poke()%{ unsigned short nr_new = 0; unsigned int off_new = 0; unsigned char *syscall; unsigned long new_addr; int i; syscall = (void *)kallsyms_lookup_name("system_call"); old_tbl = (void *)kallsyms_lookup_name("sys_call_table"); ___vmalloc_node_range = (void *)kallsyms_lookup_name("__vmalloc_node_range"); _text_poke_smp = (void *)kallsyms_lookup_name("text_poke_smp"); new_tbl = (void *)___vmalloc_node_range(8*500, 1, START, END, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL_EXEC, -1, NULL/*__builtin_return_address(0)*/); stub_sys_skinshoe = (void *)___vmalloc_node_range(0xff, 1, START, END, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL_EXEC, -1, NULL); // 拷贝代码指令 memcpy(&stub_sys_skinshoe[0], sys_setskinshoe, 90); memcpy(&stub_sys_skinshoe[96], sys_getskinshoe, 64); // 拷贝系统调用表 memcpy(&new_tbl[0], old_tbl, 3200); new_addr = (unsigned long)&stub_sys_skinshoe[0]; off_new = (unsigned int)((unsigned long)&new_tbl[0]); // cmp指令匹配 for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0x48 && syscall[i+1] == 0x3d) { nr_addr = (unsigned long)&syscall[i+2]; break; } } // call指令匹配 for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0xff && syscall[i+1] == 0x14 && syscall[i+2] == 0xc5) { call_addr = (unsigned long)&syscall[i+3]; break; } } off_old = *(unsigned int *)call_addr; nr_old = *(unsigned short *)nr_addr; // 设置setskinshoe *(unsigned long *)&new_tbl[nr_old*8 + 8] = new_addr; new_addr = (unsigned long)&stub_sys_skinshoe[96]; // 设置getskinshoe *(unsigned long *)&new_tbl[nr_old*8 + 8 + 8] = new_addr; // 系统调用数量增加2个 nr_new = nr_old + 2; // 后移tail stub memcpy(&new_tbl[nr_new*8 + 8], &old_tbl[nr_old*8 + 8], 16); _text_poke_smp((void *)nr_addr, &nr_new, 2); _text_poke_smp((void *)call_addr, &off_new, 4); // 至此，新的系统调用表已经生效，尽情修改吧！%}probe begin{ syscall_table_poke(); exit();}/<code> 顺便，我把恢复原始系统调用表的操作脚本也附带上：
<code>#!/usr/bin/stap -g// revert.stp%{void *(*_text_poke_smp)(void *addr, const void *opcode, size_t len);%}function syscall_table_revert()%{ unsigned int off_new, off_old; unsigned char *syscall; unsigned long nr_addr = 0, call_addr = 0, orig_addr, *new_tbl; // 0x143这个还是记在脑子里吧. unsigned short nr_calls = 0x0143, curr_calls; int i; syscall = (void *)kallsyms_lookup_name("system_call"); orig_addr = (unsigned long)kallsyms_lookup_name("sys_call_table"); _text_poke_smp = (void *)kallsyms_lookup_name("text_poke_smp"); for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0x48 && syscall[i+1] == 0x3d) { nr_addr = (unsigned long)&syscall[i+2]; break; } } for (i = 0; i < 0xff; i++) { if (syscall[i] == 0xff && syscall[i+1] == 0x14 && syscall[i+2] == 0xc5) { call_addr = (unsigned long)&syscall[i+3]; break; } } curr_calls = *(unsigned short *)nr_addr; off_new = *(unsigned int *)call_addr; off_old = (unsigned int)orig_addr; // decode出自己的系统调用表的地址。 new_tbl = (unsigned long *)(0xffffffff00000000 | off_new); _text_poke_smp((void *)nr_addr, &nr_calls, 2); _text_poke_smp((void *)call_addr, &off_old, 4); vfree((void *)new_tbl[nr_calls + 1]); /* // loop free // 如果你增加的系统调用比较多，且分布在不同的malloc页面，那么就需要循环free for (i = 0; i < curr_calls - nr_calls; i ++) { vfree((void *)new_tbl[nr_calls + 1 + i]); } */ // 释放自己的系统调用表 vfree((void *)new_tbl);%}probe begin{ syscall_table_revert(); exit();}/<code>来吧，开始我们的实验！
我不懂编程，所以我只能写最简单的代码展示效果，下面的C代码直接调用新增的两个系统调用，首先它获得并打印自己的名字，然后把名字改掉，最后再次获取并打印自己的名字：
<code>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>int main(int argc, char *argv[]){ char name[16] = {0}; syscall(325, name, 12); perror("-- get name before"); printf("my name is %s\\n", name); syscall(324, argv[1], strlen(argv[1])); perror("-- Modify name"); syscall(325, name, 12); perror("-- get name after"); printf("my name is %s\\n", name); return 0;}/<string.h>/<stdlib.h>/<stdio.h>/<code>下面是实验结果：
<code># 未poke时的结果[root@localhost test]# ./test_newcall skinshoe-- get name before: Function not implementedmy name is-- Modify name: Function not implemented-- get name after: Function not implementedmy name is[root@localhost test]#[root@localhost test]# ./poke.stp [root@localhost test]## poke之后的结果，此时lsmod，你将看不到任何和这个poke相关的内核模块，这就是oneshot的效果。[root@localhost test]# ./test_newcall skinshoe-- get name before: Successmy name is test_newcall-- Modify name: Success-- get name after: Successmy name is skinshoe[root@localhost test]#[root@localhost test]# ./revert.stp[root@localhost test]## revert之后的结果[root@localhost test]# ./test_newcall skinshoe-- get name before: Function not implementedmy name is-- Modify name: Function not implemented-- get name after: Function not implementedmy name is[root@localhost test]#/<code>
足够简单，足够直接，工人们和经理都可以上手一试。
我们如果让新增的系统调用干点坏事，那再简单不过了，得手之后呢？如何防止被经理抓到呢？封堵模块加载的接口即可咯，反正不加载内核模块，谁也别想看到当前系统的内核被hack成了什么样子，哦，对了，把/dev/mem的mmap也堵死哦...
....不过这是下面文章的主题了。
好了，今天就先写到这儿吧。
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