浅谈Linux环境下的高级隐藏技术

　　隐藏技术在计算机系统安全中应用十分广泛，尤其是在网络攻击中，当攻击者成功侵入一个系统后，有效隐藏攻击者的文件、进程及其加载的模块变得尤为重要。本文将讨论Linux系统中文件、进程及模块的高级隐藏技术，这些技术有的已经被广泛应用到各种后门或安全检测程序之中，而有一些则刚刚起步，仍然处在讨论阶段，应用很少。
　　
　　1.隐藏技术
　　1.1.Linux下的中断控制及系统调用
　　
　　Intel x86系列微机支持256种中断，为了使处理器比较容易地识别每种中断源，把它们从0~256编号，即赋予一个中断类型码n,Intel把它称作中断向量。
　　
　　Linux用一个中断向量（128或者0x80）来实现系统调用，所有的系统调用都通过唯一的入口system_call来进入内核，当用户动态进程执行一条int 0x80汇编指令时，CPU就切换到内核态，并开始执行system_call函数，system_call函数再通过系统调用表sys_call_table来取得相应系统调用的地址进行执行。系统调用表sys_call_table中存放所有系统调用函数的地址，每个地址可以用系统调用号来进行索引，例如sys_call_table[NR_fork]索引到的就是系统调用sys_fork（）的地址。
　　
　　Linux用中断描述符（8字节）来表示每个中断的相关信息，其格式如下：
　　
　　偏移量31….16　　一些标志、类型码及保留位
　　段选择符　　　　　　偏移量15….0
　　
　　所有的中断描述符存放在一片连续的地址空间中，这个连续的地址空间称作中断描述符表（IDT），其起始地址存放在中断描述符表寄存器（IDTR）中，其格式如下：
　　
　　32位基址值　　界限
　　
　　其中各个结构的相应联系可以如下表示：
　　
　　通过上面的说明可以得出通过IDTR寄存器来找到system_call函数地址的方法：根据IDTR寄存器找到中断描述符表，中断描述符表的第0x80项即是system_call函数的地址，这个地址将在后面的讨论中应用到。
　　1.2.Linux 的LKM（可装载内核模块）技术
　　
　　为了使内核保持较小的体积并能够方便的进行功能扩展，Linux系统提供了模块机制。模块是内核的一部分，但并没有被编译进内核，它们被编译成目标文件，在运行过程中根据需要动态的插入内核或者从内核中移除。由于模块在插入后是作为Linux内核的一部分来运行的，所以模块编程实际上就是内核编程，因此可以在模块中使用一些由内核导出的资源，例如Linux2.4.18版以前的内核导出系统调用表（sys_call_table）的地址，这样就可以根据该地址直接修改系统调用的入口，从而改变系统调用。在模块编程中必须存在初始化函数及清除函数，一般情况下，这两个函数默认为init_module()以及clearup_module()，从2.3.13内核版本开始，用户也可以给这两个函数重新命名，初始化函数在模块被插入系统时调用，在其中可以进行一些函数及符号的注册工作，清除函数则在模块移除系统时进行调用，一些恢复工作通常在该函数中完成。
　　
　　1.3.Linux下的内存映像
　　
　　/dev/kmem是一个字符设备，是计算机主存的映像，通过它可以测试甚至修改系统，当内核不导出sys_call_table地址或者不允许插入模块时可以通过该映像修改系统调用，从而实现隐藏文件、进程或者模块的目的。
　　
　　1.4.proc 文件系统
　　
　　proc文件系统是一个虚拟的文件系统，它通过文件系统的接口实现，用于输出系统运行状态。它以文件系统的形式，为操作系统本身和应用进程之间的通信提供了一个界面，使应用程序能够安全、方便地获得系统当前的运行状况何内核的内部数据信息，并可以修改某些系统的配置信息。由于proc以文件系统的接口实现，因此可以象访问普通文件一样访问它，但它只存在于内存之中。
　　
　　2.技术分析
　　2.1 隐藏文件
　　
　　Linux系统中用来查询文件信息的系统调用是sys_getdents，这一点可以通过strace来观察到，例如strace ls 将列出命令ls用到的系统调用，从中可以发现ls是通过sys_getedents来执行操作的。当查询文件或者目录的相关信息时，Linux系统用sys_getedents来执行相应的查询操作，并把得到的信息传递给用户空间运行的程序，所以如果修改该系统调用，去掉结果中与某些特定文件的相关信息，那么所有利用该系统调用的程序将看不见该文件，从而达到了隐藏的目的。首先介绍一下原来的系统调用，其原型为：
　　int sys_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp,unsigned int count)
　　其中fd为指向目录文件的文件描述符，该函数根据fd所指向的目录文件读取相应dirent结构，并放入dirp中，其中count为dirp中返回的数据量，正确时该函数返回值为填充到dirp的字节数。下图是修改后的系统调用hacked_getdents执行流程。
　　
　　图 系统调用hacked_getdents执行流程
　　图中的hacked_getdents函数实际上就是先调用原来的系统调用，然后从得到的dirent结构中去除与特定文件名相关的文件信息，从而应用程序从该系统调用返回后将看不到该文件的存在。
　　
　　应该注意的是，一些较新的版本中是通过sys_getdents64来查询文件信息的，但其实现原理与sys_getdents基本相同，所以在这些版本中仍然可以用与上面类似的方法来修改该系统调用，隐藏文件。
　　2.2　隐藏模块
　　
　　上面分析了如何修改系统调用以隐藏特定名字的文件，在实际的处理中，经常会用模块来达到修改系统调用的目的，但是当插入一个模块时，若不采取任何隐藏措施，很容易被对方发现，一旦对方发现并卸载了所插入的模块，那么所有利用该模块来隐藏的文件就暴露了，所以应继续分析如何来隐藏特定名字的模块。Linux中用来查询模块信息的系统调用是sys_query_module，所以可以通过修改该系统调用达到隐藏特定模块的目的。首先解释一下原来的系统调用，原来系统调用的原型为：
　　int sys_query_module(const char *name, int which, void *buf, size_t bufsize , size_t *ret)
　　如果参数name不空，则访问特定的模块，否则访问的是内核模块，参数which说明查询的类型，当which=QM_MODULES时，返回所有当前已插入的模块名称，存入buff, 并且在ret中存放模块的个数，buffsize是buf缓冲区的大小。在模块隐藏的过程中只需要对which=QM_MODULES的情况进行处理就可以达到目的。修改后的系统调用工作过程如下：
　　
　　1）调用原来的系统调用，出错则返回错误代码；
　　2）如果which不等于QM_MODULES，则不需要处理，直接返回。
　　3）从buf的开始位置进行处理，如果存在特定的名字，则将后面的模块名称向前覆盖该名字。
　　4）重复3），直到处理处理完所有的名字，正确返回。
　　
　　2.3 隐藏进程
　　
　　在Linux中不存在直接查询进程信息的系统调用，类似于ps这样查询进程信息的命令是通过查询proc文件系统来实现的，在背景知识中已经介绍过proc文件系统，由于它应用文件系统的接口实现，因此同样可以用隐藏文件的方法来隐藏proc文件系统中的文件，只需要在上面的hacked_getdents中加入对于proc文件系统的判断即可。由于proc是特殊的文件系统，只存在于内存之中，不存在于任何实际设备之上，所以Linux内核分配给它一个特定的主设备号0以及一个特定的次设备号1，除此之外，由于在外存上没有与之对应的i节点,所以系统也分配给它一个特殊的节点号PROC_ROOT_INO（值为1），而设备上的1号索引节点是保留不用的。通过上面的分析，可以得出判断一个文件是否属于proc文件系统的方法：
　　
　　1）得到该文件对应的inode结构dinode;
　　2）if (dinode->i_ino == PROC_ROOT_INO && !MAJOR(dinode->i_dev) && MINOR(dinode->i _dev) == 1) {该文件属于proc文件系统}
　　
　　通过上面的分析，给出隐藏特定进程的伪代码表示：
　　
　　hacket_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count)
　　{
　　
　　调用原来的系统调用；
　　
　　得到fd所对应的节点；
　　
　　if(该文件属于proc文件系统&&该文件名需要隐藏)
　　{从dirp中去掉该文件相关信息}
　　}
　　2.4　修改系统调用的方法
　　
　　现在已经解决了如何修改系统调用来达到隐藏的目的，那么如何用修改后的系统调用来替换原来的呢？这个问题在实际应用中往往是最关键的，下面将讨论在不同的情况下如何做到这一点。
　　
　　(1)当系统导出sys_call_table，并且支持动态的插入模块的情况下：
　　
　　在Linux内核2.4.18版以前，这种内核配置是非常普遍的。这种情况下修改系统调用非常容易，只需要修改相应的sys_call_table表项，使其指向新的系统调用即可。下面是相应的代码：
　　
　　int orig_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count)
　　int init_module(void)
　　/*初始化模块*/
　　{
　　orig_getdents=sys_call_table[SYS_getdents];　　　　//保存原来的系统调用
　　orig_query_module=sys_call_table[SYS_query_module]
　　sys_call_table[SYS_getdents]=hacked_getdents;　　//设置新的系统调用
　　sys_call_table[SYS_query_module]=hacked_query_module;
　　return 0; //返回0表示成功
　　}
　　void cleanup_module(void)
　　/*卸载模块*/
　　{
　　sys_call_table[SYS_getdents]=orig_getdents;　　　　//恢复原来的系统调用
　　sys_call_table[SYS_query_module]=orig_query_module;
　　}
　　
　　(2)在系统并不导出sys_call_table的情况下：
　　
　　linux内核在2.4.18以后为了安全起见不再导出sys_call_table符号，从而无法直接获得系统调用表的地址，那么就必须找到其