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

Tip

Učite i vežbajte AWS Hacking:HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)
Učite i vežbajte GCP Hacking: HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE) Učite i vežbajte Azure Hacking: HackTricks Training Azure Red Team Expert (AzRTE)

Podržite HackTricks

Ova stranica dokumentuje TOCTOU race uslov u Linux/Android POSIX CPU timers koji može korumpirati stanje timera i srušiti kernel, i u nekim okolnostima biti iskorišćen za privilege escalation.

  • Pogođena komponenta: kernel/time/posix-cpu-timers.c
  • Primitive: expiry vs deletion race under task exit
  • Zavisno od konfiguracije: CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n (IRQ-context expiry path)

Kratak pregled internih detalja (relevant for exploitation)

  • Tri CPU clock-a upravljaju obračunom za timere preko cpu_clock_sample():
  • CPUCLOCK_PROF: utime + stime
  • CPUCLOCK_VIRT: utime only
  • CPUCLOCK_SCHED: task_sched_runtime()
  • Kreiranje timera povezuje timer sa task/pid i inicijalizuje 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;
}
  • Arming ubacuje u per-base timerqueue i može ažurirati 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;
}
  • Brza putanja izbegava skupu obradu osim ako keširani podaci o isteku ne ukazuju na moguće okidanje:
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 prikuplja istekle timere, označava ih kao aktivirane, pomera ih sa reda; stvarna isporuka je odložena:
#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;
}

Dva režima obrade isteka

  • CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y: istek se odlaže putem task_work na ciljnom tasku
  • CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n: istek se obrađuje direktno u IRQ kontekstu
POSIX CPU timer run paths ```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 ```

U IRQ-context putanji, lista okidanja se obrađuje izvan sighand

IRQ-context putanja obrade ```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); } } ```

Uzrok: TOCTOU između IRQ-time isteka i istovremenog brisanja tokom izlaska task-a Preduslovi

  • CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK is disabled (koristi se IRQ putanja)
  • Ciljni task izlazi ali nije u potpunosti reaped
  • Druga nit istovremeno poziva posix_cpu_timer_del() za isti timer

Sekvenca

  1. update_process_times() pokreće run_posix_cpu_timers() u IRQ kontekstu za task koji izlazi.
  2. collect_timerqueue() postavlja ctmr->firing = 1 i premesta timer u privremenu firing listu.
  3. handle_posix_cpu_timers() otpusta sighand pozivom unlock_task_sighand() da bi isporučio timere van zaključavanja.
  4. Odmah nakon otpuštanja, task koji izlazi može biti reaped; sestrinska nit izvršava posix_cpu_timer_del().
  5. U ovom prozoru, posix_cpu_timer_del() može propasti u sticanju state preko cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand() i tako preskočiti normalnu in-flight zaštitu koja proverava timer->it.cpu.firing. Brisanje se nastavlja kao da nije firing, korumpirajući stanje dok se istek obrađuje, što vodi do padova/UB.

Zašto je TASK_WORK režim po dizajnu siguran

  • Sa CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=y, istek se odlaže na task_work; exit_task_work se izvršava pre exit_notify, tako da se IRQ-vremenski preklop sa reaping-om ne događa.
  • Čak i tada, ako task već izlazi, task_work_add() ne uspeva; ograničavanje preko exit_state čini oba režima konzistentnim.

Ispravka (Android common kernel) i obrazloženje

  • Dodati rani povratak ako current task izlazi, čime se ograničava sva obrada:
// kernel/time/posix-cpu-timers.c (Android common kernel commit 157f357d50b5038e5eaad0b2b438f923ac40afeb)
if (tsk->exit_state)
return;
  • Ovo sprečava ulazak u handle_posix_cpu_timers() za zadatke koji izlaze, eliminišući prozor u kome posix_cpu_timer_del() može propustiti it.cpu.firing i imati trku sa obradom isteka.

Impact

  • Oštećenje kernel memorije timer struktura tokom istovremenog isteka/brisanja može dovesti do trenutnih padova (DoS) i predstavlja snažan primitiv za eskalaciju privilegija zbog mogućnosti proizvoljne manipulacije stanjem kernela.

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

  • Uverite se da je CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n i koristite kernel bez exit_state gating fix.

Runtime strategy

  • Ciljajte thread koji je na ivici izlaska i prikačite CPU timer na njega (per-thread ili process-wide clock):
  • For per-thread: timer_create(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, …)
  • For process-wide: timer_create(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, …)
  • Podesite ga sa vrlo kratkim početnim istekom i malim intervalom da maksimalizujete IRQ-path ulaze:
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");
}
  • Iz sibling thread-a, istovremeno obrišite isti timer dok target thread izlazi:
void *deleter(void *arg) {
for (;;) (void)timer_delete(t);     // hammer delete in a loop
}
  • Faktori koji pojačavaju trku: visoka stopa scheduler tickova, opterećenje CPU-a, ponovljeni ciklusi izlaza/ponovnog kreiranja niti. Pad se obično manifestuje kada posix_cpu_timer_del() preskoči uočavanje ispaljivanja zato što pri pronalaženju/zaključavanju taska nastupi neuspeh odmah nakon unlock_task_sighand().

Detection and hardening

  • Mitigation: primeniti exit_state guard; poželjno omogućiti CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK kad je moguće.
  • Observability: dodati tracepoints/WARN_ONCE oko unlock_task_sighand()/posix_cpu_timer_del(); alarmirati kada se it.cpu.firing==1 primeti zajedno sa failed cpu_timer_task_rcu()/lock_task_sighand(); pratiti nedoslednosti u timerqueue oko izlaza taska.

Audit hotspots (for reviewers)

  • update_process_times() → run_posix_cpu_timers() (IRQ)
  • __run_posix_cpu_timers() selection (TASK_WORK vs IRQ path)
  • collect_timerqueue(): postavlja ctmr->firing i pomera čvorove
  • handle_posix_cpu_timers(): otpusta sighand pre petlje ispaljivanja
  • posix_cpu_timer_del(): oslanja se na it.cpu.firing da detektuje istovremeno isteknuće; ova provera se preskače kada pronalaženje/zaključavanje taska zakaže tokom izlaza/reapa

Notes for exploitation research

  • Otkiveno ponašanje predstavlja pouzdan kernel crash primitive; da bi se to pretvorilo u privilege escalation obično je potreban dodatni kontrolisani preklop (object lifetime or write-what-where influence) koji prelazi opseg ovog rezimea. Smatrajte svaki PoC potencijalno destabilizujućim i pokrećite ga samo u emulators/VMs.

Chronomaly exploit strategy (priv-esc without fixed text offsets)

  • Tested target & configs: x86_64 v5.10.157 under QEMU (4 cores, 3 GB RAM). Critical options: CONFIG_POSIX_CPU_TIMERS_TASK_WORK=n, CONFIG_PREEMPT=y, CONFIG_SLAB_MERGE_DEFAULT=n, DEBUG_LIST=n, BUG_ON_DATA_CORRUPTION=n, LIST_HARDENED=n.
  • Race steering with CPU timers: Niti koja se trka (race_func()) troši CPU dok CPU timeri ispaljuju; free_func() provera (polls) SIGUSR1 da potvrdi da li je timer ispaljen. Podesite CPU_USAGE_THRESHOLD tako da signali stignu samo ponekad (povremene poruke “Parent raced too late/too early”). Ako timeri ispaljuju pri svakom pokušaju, smanjite prag; ako nikada ne ispaljuju pre izlaza niti, povećajte ga.
  • Dual-process alignment into send_sigqueue(): Parent/child procesi pokušavaju pogoditi drugi prozor trke unutar send_sigqueue(). Parent spava PARENT_SETTIME_DELAY_US mikrosekundi pre naoružavanja timera; smanjite ovu vrednost kada uglavnom vidite “Parent raced too late”, i povećajte kada uglavnom vidite “Parent raced too early”. Kada vidite oba, znači da ste na ivici prozora; uspeh se očekuje za ~1 minut nakon podešavanja.
  • Cross-cache UAF replacement: Exploit oslobađa struct sigqueue pa zatim sređuje stanje alokatora (sigqueue_crosscache_preallocs()) tako da i dangling uaf_sigqueue i zamenski realloc_sigqueue završe na stranici podataka pipe buffer-a (cross-cache reallocation). Pouzdanost podrazumeva miran kernel sa malo prethodnih sigqueue alokacija; ako per-CPU/per-node delimične slab stranice već postoje (zauzeti sistemi), zamena će promašiti i lanac će propasti. Autor je namerno ostavio implementaciju neoptimizovanom za bučne kernale.

See also

Ksmbd Streams Xattr Oob Write Cve 2025 37947

References

Tip

Učite i vežbajte AWS Hacking:HackTricks Training AWS Red Team Expert (ARTE)
Učite i vežbajte GCP Hacking: HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE) Učite i vežbajte Azure Hacking: HackTricks Training Azure Red Team Expert (AzRTE)

Podržite HackTricks