更新10.5 & 10.6

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feiocng 2023-04-14 13:26:05 +08:00
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@ -243,8 +243,344 @@ TIME PID COMM SADDR SPORT DADDR DPORT
更多工具的使用与用法见`bpftrace`官方的说明文档。仓库地址是https://github.com/iovisor/bpftrace/blob/master/docs/reference_guide.md。 更多工具的使用与用法见`bpftrace`官方的说明文档。仓库地址是https://github.com/iovisor/bpftrace/blob/master/docs/reference_guide.md。
## 10.5 eBPF实现安卓系统进程跟踪 ## 10.5 eBPF实现安卓App动态库调用跟踪
本小节讲解如何使用eBPF开发一个完整的功能的跟踪工具。该工具名为`ndksnoop`。是笔者使用`bpftrace`实现的安卓NDK中常见的so动态库接口的跟踪工具。
整个工具分为三部分组成。头文件申明、BEGIN初始化块、Hook函数体。下面分别进行讲解。
### 10.5.1 头文件的引用
新版本的`bpftrace`使用BTF来确定要处理的方法的参数类型、返回值与结构体类型。在没有开启支持BTF的环境中运行的话或者Hook的第三方库没有BTF文件只有头文件。这时需要将使用到的类型信息通过头文件的方式引入到.bt脚本的开头。如下所示。
```
#!/usr/bin/env bpftrace
/*
* ndksnoop trace APK .so calls.
* For Android, uses bpftrace and eBPF.
*
* Also a basic example of bpftrace.
*
* USAGE: ndksnoop.bt
*
*
* Copyright 2023 fei_cong@hotmail.com
* Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License")
*
* 09-Apr-2023 fei_cong created first version for libc.so tracing.
*/
#ifndef BPFTRACE_HAVE_BTF
#include <linux/socket.h>
#include <net/sock.h>
#else
#include <sys/socket.h>
#endif
```
最开始的部分,是.bt文件的用途与版本说明信息。说明脚本开发的目的、时间、作者、功能等。
然后,根据`BPFTRACE_HAVE_BTF`宏判断是否支持BTF来引入不同的头文件。这里引入的是与网络相头的socket结构体相头的申明里面涉及到的Hook点将在下在小节进行讲解。
在这里,除了使用`#include`引入头文件还可以像C语言那样直接申明类型。如`typedef``#define``struct xxx{}`等。
### 10.5.2 传入参数的处理
有时候脚本需要使用传入参数来指定变化的参数信息。例如、`ndksnoop`需要支持对不同的安卓App进行过滤这里使用到的过滤参数是App相关的`uid`
安卓App在安装时会被赋予一个不变的`uid`数值。可以对这个值进行过滤来Hook指定的App。比如`com.android.settings`也就是设置应用,它的`uid`为1000`shell`用户的`uid`为2000。想要查看一个App的`uid`。可以在adb shell下执行如下命令。
```
# ls -an /data/data/com.android.systemui
total 36
drwx------ 4 10095 10095 4096 2023-02-03 17:47 .
drwxrwx--x 139 1000 1000 8192 2023-03-16 09:32 ..
drwxrws--x 2 10095 20095 4096 2023-02-03 17:47 cache
drwxrws--x 2 10095 20095 4096 2023-02-03 17:47 code_cache
```
`ls`命令的`-n`参数,会列出目录的`uid`信息。上面的命令列出的是systemui包的`uid`信息。对于的`cache``code_cache`目前行可以看出第2列的`uid`值为10095。
`bpftrace`支持解析传入参数,以`$1``$2``$N`来命名。只传入一个`uid`,则执行如下命令传入的参数在脚本中`$1`的值为10095。
```
# ./bpftrace ndksnoop.bt 10095
```
`BEGIN`块是.bt脚本的初始化部分可以用于对传入参数进行处理。如下所示。
```
BEGIN
{
// # ls -an /data/data/io.github.vvb2060.mahoshojo
if ($1 != 0) {
@target_uid = (uint64)$1;
} else {
@target_uid = (uint64)10095;
}
printf("Tracing android ndk so functions for uid %d. Hit Ctrl-C to end.\n", @target_uid);
}
```
脚本的`$1`传给了@target_uid变量,前面的`@`表示这是一个全局变量,临时变量使用`$`
当脚本没有传入参数时,`$1`的值为0这个时候可以给它一个默认的值10095或者其它感兴趣的App的`uid`
最后,使用`printf`方法打印输出一行调试信息。
### 10.5.3 Hook方法的实现
Hook用户态的程序与动态库使用`uprobe``uretprobe`来实现。
`uprobe`负责处理方法执行前的上下文信息,`uretprobe`用于处理方法执行完返回时的返回值信息,通常一些输出的字符串与缓冲区信息也在这里进行处理。
`libc.so`动态库的`mkdir`方法为例。它的Hook逻辑实现如下
```
// int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
uprobe:/apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so:mkdir /uid == @target_uid/ {
printf("mkdir [%s, mode:%d]\n", str(arg0), arg1);
}
```
`//`是注释语法与C语言一样。主要是方便理解与阅读。
`uprobe`关键字指定进行`uprobe`类型的Hook。后面跟上库名或完整的库路径。在安卓系统上`bpftrace`无法找到安卓apex目录下的动态库因此需要手动输入完整的路径。
`//`是过滤器,中间的内容`uid == @target_uid`为过滤表达式表明只有当表达满足时才执行方法体内容。这里的表达式含义是只Hook当前执行时`uid``@target_uid`的方法调用。`uid`关键字是`bpftrace` 的保留字,由`bpftrace`程序替换表示当前执行时的程序的`uid`。而`@target_uid`则上上面初始化部分设置好的目标`uid`,这样就完成了过滤操作。
`uprobe`的参数为`arg0`-`arg5`。取参数很简单,整形直接赋值就可以了!字符串类型使用`str()`来读取。字节数组使用`buf()`来读取。更多的方法参考`bpftrace`文档。
代码部分只有两行!就完成了一个方法的跟踪与参数值输出,实在是太方便了。
### 10.5.4 特殊参数与字段的处理
有一些参数,它们传入时没有传,只有在方法执行返回时才设置内容。对于这些方法,可以使用`uprobe`传入时保存指针,`uretprobe`执行时解析。如下所示,是`__system_property_get()`方法的Hook代码。
```
uprobe:/apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so:__system_property_get /uid == @target_uid/ {
@name[tid] = str(arg0);
@val[tid] = arg1;
}
uretprobe:/apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so:__system_property_get /uid == @target_uid/ {
if (sizeof(@name[tid]) > 0) {
printf("getprop [%s:0x%x:%s], ret:%d\n", @name[tid], (int32)(@val[tid]), str(@val[tid]), retval);
}
delete(@name[tid]);
delete(@val[tid]);
}
```
`__system_property_get()`用于读取属性系统的值。传入的第一个参数为字符串类型的key第二个参数为返回的内容。在`uprobe`中,使用`str()`读取了key的内容。而`arg1`存放的值,只保存了它的指针。在`uretprobe`中会对其进行`str()`内容读取。注意,最后需要调用`delete()`来删除这两个变量,因为它们是与`tid`相关的线程变量,执行后不删除,会让内存消耗越来越多,直到程序崩溃。
还有一类是比较复杂的结构体。比如`connect()`方法的第二个参数`struct sockaddr`想要从这个参数中取得IP地址。可以使用如下方法。
```
// int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
uprobe:/apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so:connect /uid == @target_uid/ {
$address = (struct sockaddr *)arg1;
if ($address->sa_family == AF_INET) {
$sa = (struct sockaddr_in *)$address;
$port = $sa->sin_port;
$addr = ntop($address->sa_family, $sa->sin_addr.s_addr);
printf("connect [%s %d %d]\n", $addr, bswap($port), $address->sa_family);
} else {
$sa6 = (struct sockaddr_in6 *)$address;
$port = $sa6->sin6_port;
$addr6 = ntop($address->sa_family, $sa6->sin6_addr.s6_addr);
printf("connect [%s %d %d]\n", $addr6, bswap($port), $address->sa_family);
}
}
```
这是一种类C语言的语法通过结构体指针强转的方式来处理结构体中的字段信息。将字节数组的内容转换成IP地址使用`ntop()`方法,而网络字节序的转换,使用`bswap()`方法。
### 10.5.5 效果展示
执行对`uid`为1000的`libc.so`方法调用跟踪。效果如下所示。
```
emulator64_arm64:/data/local/tmp/bpftools # ./bpftrace ./ndksnoop.bt 1000
WARNING: Cannot parse DWARF: libdw not available
Attaching 64 probes...
Tracing android ndk so functions for uid 1000. Hit Ctrl-C to end.
__system_property_find [net.qtaguid_enabled]
getenv [ANDROID_NO_USE_FWMARK_CLIENT]
getenv [ANDROID_NO_USE_FWMARK_CLIENT]
__system_property_find [persist.log.tag.android.hardware.vibrator-service.example]
__system_property_find [log.tag.android.hardware.vibrator-service.example]
__system_property_find [persist.log.tag]
__system_property_find [log.tag]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [persist.log.tag.AutofillManagerService]
__system_property_find [log.tag.AutofillManagerService]
__system_property_find [persist.log.tag.ActivityTaskManager]
__system_property_find [log.tag.ActivityTaskManager]
__system_property_find [debug.force_rtl]
__system_property_find [debug.force_rtl]
open [/proc/uid_procstat/set]
opendir [/proc/1041/task]
open [/proc/1041/timerslack_ns]
open [/proc/1048/timerslack_ns]
open [/proc/1050/timerslack_ns]
open [/proc/1054/timerslack_ns]
open [/proc/1056/timerslack_ns]
open [/proc/1057/timerslack_ns]
open [/proc/1058/timerslack_ns]
open [/proc/1059/timerslack_ns]
open [/proc/1060/timerslack_ns]
open [/proc/1061/timerslack_ns]
open [/proc/1063/timerslack_ns]
open [/proc/1064/timerslack_ns]
open [/proc/1066/timerslack_ns]
open [/proc/1078/timerslack_ns]
open [/proc/1079/timerslack_ns]
open [/proc/1107/timerslack_ns]
open [/proc/1225/timerslack_ns]
open [/proc/1241/timerslack_ns]
open [/proc/1282/timerslack_ns]
open [/proc/1341/timerslack_ns]
open [/proc/1361/timerslack_ns]
open [/proc/1372/timerslack_ns]
open [/proc/1374/timerslack_ns]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
open [/proc/1375/timerslack_ns]
open [/proc/1378/timerslack_ns]
open [/proc/1490/timerslack_ns]
open [/proc/1817/timerslack_ns]
open [/proc/2226/timerslack_ns]
open [/proc/2227/timerslack_ns]
open [/proc/2250/timerslack_ns]
open [/proc/2521/timerslack_ns]
open [/proc/6029/timerslack_ns]
opendir [/proc/889/task]
open [/proc/889/timerslack_ns]
open [/proc/902/timerslack_ns]
open [/proc/911/timerslack_ns]
open [/proc/913/timerslack_ns]
open [/proc/914/timerslack_ns]
open [/proc/915/timerslack_ns]
open [/proc/916/timerslack_ns]
open [/proc/917/timerslack_ns]
open [/proc/918/timerslack_ns]
open [/proc/932/timerslack_ns]
open [/proc/939/timerslack_ns]
open [/proc/940/timerslack_ns]
open [/proc/943/timerslack_ns]
open [/proc/972/timerslack_ns]
open [/proc/979/timerslack_ns]
open [/proc/981/timerslack_ns]
open [/proc/987/timerslack_ns]
open [/proc/989/timerslack_ns]
open [/proc/1012/timerslack_ns]
open [/proc/1013/timerslack_ns]
open [/proc/1014/timerslack_ns]
open [/proc/1015/timerslack_ns]
open [/proc/1016/timerslack_ns]
open [/proc/1017/timerslack_ns]
open [/proc/1018/timerslack_ns]
open [/proc/1019/timerslack_ns]
open [/proc/1027/timerslack_ns]
open [/proc/1029/timerslack_ns]
open [/proc/1030/timerslack_ns]
open [/proc/1069/timerslack_ns]
open [/proc/1076/timerslack_ns]
open [/proc/1080/timerslack_ns]
open [/proc/1088/timerslack_ns]
open [/proc/1089/timerslack_ns]
open [/proc/1100/timerslack_ns]
open [/proc/1165/timerslack_ns]
open [/proc/1166/timerslack_ns]
open [/proc/1249/timerslack_ns]
open [/proc/1291/timerslack_ns]
open [/proc/1403/timerslack_ns]
open [/proc/1404/timerslack_ns]
open [/proc/1406/timerslack_ns]
open [/proc/1478/timerslack_ns]
open [/proc/1671/timerslack_ns]
open [/proc/1675/timerslack_ns]
open [/proc/1764/timerslack_ns]
open [/proc/6238/timerslack_ns]
open [/proc/6256/timerslack_ns]
open [/proc/6258/timerslack_ns]
open [/proc/6260/timerslack_ns]
__system_property_find [persist.log.tag.AutofillManagerService]
__system_property_find [log.tag.AutofillManagerService]
__system_property_find [persist.log.tag.BpBinder]
__system_property_find [log.tag.BpBinder]
__system_property_find [persist.log.tag]
__system_property_find [log.tag]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [persist.log.tag.goldfish-address-space]
__system_property_find [log.tag.goldfish-address-space]
__system_property_find [persist.log.tag]
__system_property_find [log.tag]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
getenv [ART_APEX_DATA]
getenv [ANDROID_DATA]
getenv [ANDROID_DATA]
faccessat [/system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep]
getenv [ART_APEX_DATA]
getenv [ART_APEX_DATA]
open [/system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/oat/arm64/Launcher3Quic]
open [/system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/oat/arm64/Launcher3Quic]
open [/system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/Launcher3QuickStep.apk]
readlink [/proc/self/fd/426 /system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/Launcher3QuickStep.apk 0]
readlink [/proc/self/fd/380 /system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/Launcher3QuickStep.apk 0]
open [/system_ext/priv-app/Launcher3QuickStep/Launcher3QuickStep.apk]
faccessat [/data/misc/iorapd/com.android.launcher3/31/com.android.launcher]
faccessat [/proc/1041/stat]
open [/proc/1041/stat]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
faccessat [/data/system_ce/0/snapshots]
faccessat [/data/system_ce/0/snapshots/135.proto.bak]
open [/data/system_ce/0/snapshots/135.proto.new]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
open [/data/system_ce/0/snapshots/135.jpg]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
open [/data/system_ce/0/snapshots/135_reduced.jpg]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
__system_property_find [debug.renderengine.capture_skia_ms]
^C
@target_uid: 1000
emulator64_arm64:/data/local/tmp/bpftools #
```
目前Hook监控了`libc.so`共计64个接口方法。后面可以扩展`ndksnoop`实现对其它方法与其它库的方法跟踪。这种方式Hook最大的好处是输出内容中没有多余的信息所有的输出都是目标进程的行为捕获。缺点也是有的那就是无法捕获直接使用系统调用方式执行的方法。
## 10.6 小结 ## 10.6 小结
本节主要介绍了eBPF相关的一些信息以及如何在安卓系统上配置好eBPF开发与运行环境。最后通过`ndksnoop`工具的代码,讲解了如何对安卓系统动态库调用进行跟踪分析。
任何工具与技术方案都有它的优势与短板,在学习系统定制与软件安全的过程中,应该根据实现情况,结合不同的方案,扬长避短,达到最终的目标。