一、简介

dirtyCOW（编号CVE-2016-5195）是一个常用于Linux本地提权的漏洞，可以修改操作系统中的任意文件，包括系统存储的账户信息文件，影响的Linux内核版本在2.6.22 到 4.9.x之间。

二、基本原理

dirtyCOW的触发基于race condition，通过内核错误处理机制的逻辑缺陷实施攻击。攻击过程需要父子进程之间的合作。当子进程向一个只读文件发出写请求时，发起write()系统调用，write()中调用get_user_pages获取进程内存中请求的文件页面，某个进程如果需要修改硬盘中的文件，需要把该文件映射到内存中，再通过get_user_pages获得页面后，才可以进行修改。

第一次调用时内存中并没有进程指定的文件，所以会发生缺页处理，在处理缺页的过程中内核得知发起该请求的是一个子进程，所以使用COW（copy on write写时复制）处理，把该文件复制到父子进程的内存区域，然后单独复制一个副本给子进程，包括该文件的权限。

第一次缺页处理完成后，返回到__get_user_page函数，第二次尝试获得该文件对应的页面，检查到该文件对于进程而言原本只有写权限，所以又一次发生缺页处理，此次缺页处理经过逻辑判断，会认为这次要处理的是一个发生了COW的页面权限问题，所以将继续使用已经复制到内存的页面，并删除某些关于权限的重要标志，为该进程设置对该页面的写权限，接着再返回到__get_user_pages函数继续获取页面。

这样做本身没什么问题，因为子进程获得的内存中的文件页面只是一个COW副本，对其进行修改并不会保存到原始文件中。但是，如果此时父进程发起madvice()调用，向内核建议置空该页面，也就是把该页面到文件的映射取消，只留下页表项（包含了子进程的权限信息，此时已经被设置为可写），在进行页面检查前把该页面置空，那么在__get_user_pages函数继续执行时，会发生第三次缺页处理。

本次缺页处理会因为之前的一些重要标志的删除，把这次请求视作一个不需要写权限的缺页处理，调用do_read_fault函数，该函数会把原始文件直接映射到该页表项对应的内存区域中。因为内核认为这次缺失的页面进程只需要对其进行读操作，为了节省内存，所以把该文件直接映射，这样做本身没有什么问题，但是此时的页表项是之前对于COW副本的页表项，仍然具有写权限，导致子进程可以对该页表项对应的原始文件进行写操作，修改后的数据会被保存回硬盘中，最终导致了越权写操作。

如果该文件是/etc/passwd，保存了系统上所有用户的权限设置信息，对其进行越权写，就可以使得攻击者获得root权限。

三、控制流分析

以下是整个控制流代码的简化版（分为四次执行过程）：

//接口函数，负责把参数传递给处理函数
get_user_pages(struct task_struct *tsk, struct mm_struct *mm,
unsigned long start, unsigned long nr_pages, int write,
int force, struct page **pages, struct vm_area_struct **vmas)

{
return __get_user_pages_locked(tsk, mm, start, nr_pages, write, force,
pages, vmas, NULL, false, FOLL_TOUCH);
};
第一次：调用__get_user_pages_locked函数


__get_user_pages_locked(struct task_struct *tsk,
struct mm_st