Linux内核TCP协议多个SACK功效拒绝效劳误差剖析

宣布时间 2019-06-21
误差配景


2019年6月18日，，，Redhat宣布清静通告，，，Linux内核TCP/IP协议栈保存3个清静误差（CVE-2019-11477/CVE-2019-11478/CVE-2019-11479），，，这些误差与最大分段大�。。。∕SS）和TCP选择性确认（SACK）功效相关，，，允许远程攻击者举行拒绝效劳攻击。。。


要害看法



数据包重传确认机制


TCP数据包传输历程中，，，来自滑动窗口的数据包丧失可能对TCP吞吐量爆发影响。。。TCP使用累积确认（ACK）计划解决该问题，，，其中不吸收不在滑动窗口左边沿的吸收段，，，这会强制发送方期待往返时间以找出每个丧失的数据包，，，或者不须要地重新传输已准确吸收的段，，，从而降低整体吞吐量。。。


选择性确认（SACK）是一种在多个扬弃的段的情形下解决此行为的战略。。。通过选择性确认，，，数据吸收方可以向发送方通知已乐成抵达的所有段，，，因此发送方只需重新传输现实丧失的段。。。详细选择性确认历程，，，如下图所示。。。


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最大分段大�。。。∕aximum Segment Size）


MSS（Maximum Segment Size，，，最大报文段大�。。。┑目捶ㄊ侵窽CP层所能够吸收的最大分段大�。。。�，，该值只包括TCP段的数据部分，，，不包括Option部分。。。另外，，，在TCP首部有一个MSS选项，，，在三次握手历程中，，，TCP发送端使用该选项告诉对方自己所能接受的最大分段巨细。。。


TSO（TCP Segmentation Offload）


TSO是一种使用网卡来对大数据包举行自动分段，，，降低CPU负载的手艺。。。其主要是延迟分段。。。


GSO(Generic Segmentation Offload)


GSO是协议栈是否推迟分段，，，在发送到网卡之前判断网卡是否支持TSO，，，若是网卡支持TSO则让网卡分段，，，不然协议栈分完段再交给驱动。。。若是TSO开启，，，GSO会自动开启。。。


误差原理


CVE-2019-11477


凭证补丁可知，，，该误差是由一个16bit无符号数溢出导致的，，，该无符号数保存如下结构体中。。。


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该tcp_skb_cb结构体存放着TCP每个数据包的控制信息，，，凭证注释可知，，，tcp_gso_segs/size只用于写行列历程中。。。


Linux内核TCP/IP协议栈实现中，，，每个数据缓冲区是由一个sk_buff结构体统一治理的。。。在一个完整的数据缓冲区中skb_end后面紧随着一个skb_shared_info结构体数据，，，skb_shared_info结构体如下所示：


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结构体最后一个成员是frags[MAX_SKB_FRAGS]数据。。。MAX_SKB_FRAGS声明如下所示：

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PAGE_SIZE为4KB情形下（即一个内存页面为4KB大�。。。�，，MAX_SKB_FRAGS取值为65536/4096 + 1即17，，，因此一个skb中最多容纳17个数据分片。。。关于x86系统，，，每个数据分片最多可以纪录32KB数据的巨细。。。
数据分片skb_frag_struct结构体如下所示：


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在整个协议栈操作历程中，，，数据包既要举行IP被分片的，，，又要举行TCP分段。。。传输数据时，，，协议栈会凭证GSO值，，，MSS值以及滑动窗口三者之间的巨细关系判断是否举行分片。。。并通过tcp_set_skb_tso_segs()函数设置GSO，，，详细实现如下图所示：


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若是skb->len大于mss_now，，，行1207，，，将tcp_gso_segs设置为skb->len/mss_now。。。行1208，，，将tcp_gso_size设置为mss_now。。。


若是启用了SACK，，，在爆发丢包后，，，吸收端会返回SACK块，，，SACK块中纪录着丧失包的序列编号。。。发送端会剖析SACK块中纪录的丧失包序列编号，，，并重新传输，，，并且在一个滑动窗口中可能包括多个SACK块，，，SACK块中也可能包括多个skb行列。。。在TCP重传数据包历程中，，，可以将多个skb行列合并到一个skb行列中举行重传。。。


tcp_shift_skb_data()函数实现这个功效。。。实验将跨越多个skb的SACK块折叠为一个skb。。。要害代码如下：


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skb_shift()和tcp_shifted_skb()两个函数主要实现该功效。。。重传历程中多个skb行列合并到一个skb行列中，，，若是填充17个分片到最大容量，，， 17*32*1024/8=69632，，，已经大于65535，，，导致无符号整数溢出。。。


在skb_shift ()函数中，，，tcp_gso_segs溢出后，，，进入tcp_shifted_skb()函数后，，，如下所示：


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行1299，，，判断tcp_gso_segs和pcount的大�。。。�，，若是tcp_gas_segs小于pcount，，，BUG_ON断言触发导致内核瓦解。。。


凭证补丁可知，，，skb_shift()被tcp_skb_shift()取代，，，只是加了两个判断，，，如下所示：

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补丁中划分判断了skb->len+shift_len不可大于65535*8字节和tcp_skb_pcount(to) + pcount不可大于65535。。。第一个判断，，，skb->len是体现sk_buff结构体中体现payload长度，，，shift_len体现要合并到skb中的payload。。。


CVE-2019-11478


该误差也是整数溢出，，，在数据包重新传输历程中，，，将传输行列分段为多个细小的skbs，，，膨胀skb中写行列内存爆发溢出。。。在处置惩罚SACK块中包括的skb并将其合并后，，，凭证GSO判断举行是否分片，，，若是需要，，，挪用tcp_fragement()函数举行分片。。。凭证补丁可知：


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补丁在tcp_fragment()函数中加入了最小空间判断。。。Sk是sock结构体类型，，，每一个tcp链接对应一个。。。以是所有要发送的skb数据巨细都要累加到sk->sk_wmem_queued中，，，sk->sk_wmem_queued体现为该套接字TCP写行列缓冲区巨细。。。通常在使用时间需要判断该值是否够用。。。如下所示：


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凭证注释可知，，，判断最新排队skb包所需的最小可写空间。。。补丁中，，，判断剩余发送缓存为大于即是目今发送行列占用空间的一半，，，即尚有1/3以上的空余空间时，，，并且小于sk->sk_sndbuf发送上限才可以正常发送，，，不然就判断TCP写行列太大。。。


CVE-2019-11479


该误差由于太过消耗资源导致拒绝效劳。。。若是恶意数据包将MSS选项设置成较小值，，，这将迫使协议栈破费很是高的网络或CPU资源发送数据包开销。。。Linux内核中将MSS_NOW硬编码为48。。。凭证补丁可知：

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举行了max最大值判断，，，而不再是牢靠硬编码。。。这里的sysctl_tcp_min_snd_mss被设置为65535，，，如下所示：


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阻止了攻击者使用极小MSS值。。。


影响版本及补丁修复


实时更新最新补丁或禁用SACK和过滤极小MSS的数据包。。。


CVE-2019-11477

影响版本：

  • Linux 2.6.29 ~ 4.19.13（stable kernel releases 4.4.182,  4.9.182, 4.14.127, 4.19.52, 5.1.11除外）

  • RHEL 8 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 7 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 6

禁用sack：

  • sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_sack=0

补�。。。�

  • https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net.git/commit/?id=3b4929f65b0d8249f19a50245cd88ed1a2f78cff

CVE-2019-11478

影响版本：

  • Linux 2.6.29 ~ 4.19.13（stable kernel releases 4.4.182,  4.9.182, 4.14.127, 4.19.52, 5.1.11除外）

  • RHEL 8 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 7 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 6，，，RHEL 5

禁用sack：

  • sudo sysctl -w net.ipv4.tcp_sack=0

补�。。。�

  • https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net.git/commit/?id=f070ef2ac66716357066b683fb0baf55f8191a2e

CVE-2019-11479

影响版本：

  • Linux 2.6.29 ~ 4.19.13（stable kernel releases 4.4.182,  4.9.182, 4.14.127, 4.19.52, 5.1.11除外）

  • RHEL 8 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 7 (kernel, kernel-rt)，，，RHEL 6，，，RHEL 5

过滤下令：

  • sudo iptables -A INPUT -p tcp -m tcpmss --mss 1:500 -j DROP

关闭tcp_mtu_probing：

  • sysctl net.ipv4.tcp_mtu_probing

补�。。。�

  • https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net.git/commit/?id=5f3e2bf008c2221478101ee72f5cb4654b9fc363

  • https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/davem/net.git/commit/?id=967c05aee439e6e5d7d805e195b3a20ef5c433d6