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glibcとAuxiliary Vector

目次: C言語とlibc

Linuxはプロセスの起動時に、引数や環境変数に加えてAuxiliary Vector（補助ベクタ−）というデータを渡します。ダンプするにはLD_SHOW_AUXVを定義してから起動すると良いです。

$ LD_SHOW_AUXV=1 /bin/echo

AT_SYSINFO_EHDR:      0x7ffec8bcc000
AT_??? (0x33): 0x6f0
AT_HWCAP:             178bfbff
AT_PAGESZ:            4096
AT_CLKTCK:            100
AT_PHDR:              0x5650e2ab4040
AT_PHENT:             56
AT_PHNUM:             11
AT_BASE:              0x7f5d30b65000
AT_FLAGS:             0x0
AT_ENTRY:             0x5650e2ab6980
AT_UID:               1000
AT_EUID:              1000
AT_GID:               1000
AT_EGID:              1000
AT_SECURE:            0
AT_RANDOM:            0x7ffec8bb3499
AT_HWCAP2:            0x2
AT_EXECFN:            /bin/echo
AT_PLATFORM:          x86_64

補助ベクターは基本的には存在するかしないか定かではなく任意です。が、どうもglibcはいくつかの補助ベクターの存在を前提としていて、存在しない場合は起動すらしないようです。

補助ベクターを調べる

補助ベクターを変更するスマートな方法がありそうですが、わかりませんでした。仕方ないのでデバッガを使って力尽くで書き換えます。まずはテストプログラムを書きます。mainに到達する前のことを扱うためプログラムの中身は何でも良いです。

// a.c

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
{
	printf("hello\n");
	return 0;
}

実行してmainでブレークし、環境変数の配列envpをダンプします。envpの終端はNULLポインタですが、実はその先に補助ベクターが置かれています。

$ gcc -Wall -g -O0 -static a.c

$ gdb a.out

...

(gdb) b main

Breakpoint 1 at 0x4017d8: file a.c, line 5.

(gdb) r

Starting program: /home/katsuhiro/share/a/a.out 

Breakpoint 1, main (argc=1, argv=0x7fffffffdcf8, env=0x7fffffffdd08) at a.c:5
5               printf("hello\n");

(gdb) x/32x envp

0x7fffffffdd08: 0xffffe039      0x00007fff      0xffffe049      0x00007fff
0x7fffffffdd18: 0xffffe05c      0x00007fff      0xffffe070      0x00007fff
0x7fffffffdd28: 0xffffe089      0x00007fff      0xffffe09f      0x00007fff
0x7fffffffdd38: 0xffffe0b3      0x00007fff      0xffffe495      0x00007fff
0x7fffffffdd48: 0xffffe4a9      0x00007fff      0xffffe4d8      0x00007fff
0x7fffffffdd58: 0xffffe503      0x00007fff      0xffffe50c      0x00007fff
0x7fffffffdd68: 0xffffe534      0x00007fff      0xffffe549      0x00007fff
0x7fffffffdd78: 0xffffe55e      0x00007fff      0xffffe571      0x00007fff

(...略...)

0x7fffffffde88: 0xffffefb1      0x00007fff      0x00000000      0x00000000    ★★envpの終端★★
0x7fffffffde98: 0x00000021      0x00000000      0xf7ffd000      0x00007fff    ★★補助ベクターの始まり★★

...

補助ベクターは下記のような構造です。

typedef struct
{
  long int a_type;              /* Entry type */
  union
    {
      long int a_val;           /* Integer value */
      void *a_ptr;              /* Pointer value */
      void (*a_fcn) (void);     /* Function pointer value */
    } a_un;
} auxv_t;

簡単に言えばx86_64の場合8バイトのtypeと、8バイトのunionが並んでいるだけです。最初のデータ（アドレス0x7fffffffde98）を例に取るとtype = 0x21, data = 0x7fff_f7ff_d000です。わかりやすいですね。

補助ベクターを書き換える

デバッガから起動する場合はargv, envp, 補助ベクターのアドレスは常に同じです。そのため、

• mainでブレーク
• envpの後ろの補助ベクターのアドレスを調べる
• 同じ実行ファイルを再実行
• プロセス開始直後に実行される関数（_start）でブレーク
• アドレスがわかっている補助ベクターをデバッガで書き換え

このような手順を取ってglibcが補助ベクターを見る前に補助ベクターの値を好きに変更できます。試しにglibcが起動時に参照していてNULLにすることが許されないAT_RANDOMを書き換えます。AT_RANDOMはtype = 0x19です。

(gdb) b _start

Breakpoint 2 at 0x4016a0

(gdb) r

The program being debugged has been started already.
Start it from the beginning? (y or n) y
Starting program: /home/katsuhiro/share/a/a.out 

Breakpoint 2, 0x00000000004016a0 in _start ()

(gdb) x/32x 0x7fffffffde98

0x7fffffffde98: 0x00000021      0x00000000      0xf7ffd000      0x00007fff
0x7fffffffdea8: 0x00000033      0x00000000      0x000006f0      0x00000000

(...略...)

0x7fffffffdf98: 0x00000019      0x00000000      0xffffdfe9      0x00007fff    ★★書き換え対象AT_RANDOM★★
0x7fffffffdfa8: 0x0000001a      0x00000000      0x00000002      0x00000000
0x7fffffffdfb8: 0x0000001f      0x00000000      0xffffefce      0x00007fff
0x7fffffffdfc8: 0x0000000f      0x00000000      0xffffdff9      0x00007fff
0x7fffffffdfd8: 0x00000000      0x00000000      0x00000000      0x00000000    ★★補助ベクターの終端type = 0★★
0x7fffffffdfe8: 0xf8e1f900      0x056adb4e      0xb6df71ae      0x67d4fca2

...

(gdb) set *0x7fffffffdfa0=0
(gdb) set *0x7fffffffdfa4=0

(gdb) x/32x 0x7fffffffdf98

0x7fffffffdf98: 0x00000019      0x00000000      0x00000000      0x00000000    ★★NULLポインタに書き換えた★★
0x7fffffffdfa8: 0x0000001a      0x00000000      0x00000002      0x00000000
0x7fffffffdfb8: 0x0000001f      0x00000000      0xffffefce      0x00007fff

...

(gdb) c

Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000000004032fd in __libc_start_main ()

実行を継続するとmainに到達することなくSEGVでクラッシュします。glibcは起動時にAT_RANDOMの指す配列を参照していて、アドレスをNULLポインタに書き換えたからです。glibcはLinux専用のlibcですから、AT_RANDOMが存在しない場合を考慮する必要はないとはいえ、なんか微妙な動作ですね……うーん。