摘要：本文深入分析了Linux環境下文件、進程及模塊的高級隱藏技術，其中包括：Linux可卸載模塊編程技術、修改內存映象直接對系統調用進行修改技術，通過虛擬文件系統proc隱藏特定進程的技術。
隱藏技術在計算機系統安全中應用十分廣泛，尤其是在網絡攻擊中，當攻擊者成功侵入一個系統後，有效隱藏攻擊者的文件、進程及其加載的模塊變得尤為重要。本文將討論Linux系統中文件、進程及模塊的高級隱藏技術，這些技術有的已經被廣泛應用到各種後門或安全檢測程序之中，而有一些則剛剛起步，仍然處在討論階段，應用很少。
1.隱藏技術
1.1.Linux下的中斷控制及系統調用
Intel x86系列微機支持256種中斷，為了使處理器比較容易地識別每種中斷源，把它們從0~256編號，即賦予一個中斷類型碼n,Intel把它稱作中斷向量。
Linux用一個中斷向量（128或者0x80）來實現系統調用，所有的系統調用都通過唯一的入口system_call來進入內核，當用戶動態進程執行一條int 0x80匯編指令時，CPU就切換到內核態，並開始執行system_call函數，system_call函數再通過系統調用表sys_call_table來取得相應系統調用的地址進行執行。系統調用表sys_call_table中存放所有系統調用函數的地址，每個地址可以用系統調用號來進行索引，例如sys_call_table[NR_fork]索引到的就是系統調用sys_fork（）的地址。
Linux用中斷描述符（8字節）來表示每個中斷的相關信息，其格式如下：
偏移量31….16 一些標志、類型碼及保留位
段選擇符 偏移量15….0
所有的中斷描述符存放在一片連續的地址空間中，這個連續的地址空間稱作中斷描述符表（IDT），其起始地址存放在中斷描述符表寄存器（IDTR）中，其格式如下：
32位基址值 界限
其中各個結構的相應聯系可以如下表示：
通過上面的說明可以得出通過IDTR寄存器來找到system_call函數地址的方法：根據IDTR寄存器找到中斷描述符表，中斷描述符表的第0x80項即是system_call函數的地址，這個地址將在後面的討論中應用到。
1.2.Linux 的LKM（可裝載內核模塊）技術
為了使內核保持較小的體積並能夠方便的進行功能擴展，Linux系統提供了模塊機制。模塊是內核的一部分，但並沒有被編譯進內核，它們被編譯成目標文件，在運行過程中根據需要動態的插入內核或者從內核中移除。由於模塊在插入後是作為Linux內核的一部分來運行的，所以模塊編程實際上就是內核編程，因此可以在模塊中使用一些由內核導出的資源，例如Linux2.4.18版以前的內核導出系統調用表（sys_call_table）的地址，這樣就可以根據該地址直接修改系統調用的入口，從而改變系統調用。在模塊編程中必須存在初始化函數及清除函數，一般情況下，這兩個函數默認為init_module()以及clearup_module()，從2.3.13內核版本開始，用戶也可以給這兩個函數重新命名，初始化函數在模塊被插入系統時調用，在其中可以進行一些函數及符號的注冊工作，清除函數則在模塊移除系統時進行調用，一些恢復工作通常在該函數中完成。
1.3.Linux下的內存映像
/dev/kmem是一個字符設備，是計算機主存的映像，通過它可以測試甚至修改系統，當內核不導出sys_call_table地址或者不允許插入模塊時可以通過該映像修改系統調用，從而實現隱藏文件、進程或者模塊的目的。
1.4.proc 文件系統
proc文件系統是一個虛擬的文件系統，它通過文件系統的接口實現，用於輸出系統運行狀態。它以文件系統的形式，為操作系統本身和應用進程之間的通信提供了一個界面，使應用程序能夠安全、方便地獲得系統當前的運行狀況何內核的內部數據信息，並可以修改某些系統的配置信息。由於proc以文件系統的接口實現，因此可以象訪問普通文件一樣訪問它，但它只存在於內存之中。
2.技術分析
2.1 隱藏文件
Linux系統中用來查詢文件信息的系統調用是sys_getdents，這一點可以通過strace來觀察到，例如strace ls 將列出命令ls用到的系統調用，從中可以發現ls是通過sys_getedents來執行操作的。當查詢文件或者目錄的相關信息時，Linux系統用sys_getedents來執行相應的查詢操作，並把得到的信息傳遞給用戶空間運行的程序，所以如果修改該系統調用，去掉結果中與某些特定文件的相關信息，那麼所有利用該系統調用的程序將看不見該文件，從而達到了隱藏的目的。首先介紹一下原來的系統調用，其原型為：
int sys_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp,unsigned int count)
其中fd為指向目錄文件的文件描述符，該函數根據fd所指向的目錄文件讀取相應dirent結構，並放入dirp中，其中count為dirp中返回的數據量，正確時該函數返回值為填充到dirp的字節數。下圖是修改後的系統調用hacked_getdents執行流程。
圖中的hacked_getdents函數實際上就是先調用原來的系統調用，然後從得到的dirent結構中去除與特定文件名相關的文件信息，從而應用程序從該系統調用返回後將看不到該文件的存在。
應該注意的是，一些較新的版本中是通過sys_getdents64來查詢文件信息的，但其實現原理與sys_getdents基本相同，所以在這些版本中仍然可以用與上面類似的方法來修改該系統調用，隱藏文件。
2.2 隱藏模塊
上面分析了如何修改系統調用以隱藏特定名字的文件，在實際的處理中，經常會用模塊來達到修改系統調用的目的，但是當插入一個模塊時，若不采取任何隱藏措施，很容易被對方發現，一旦對方發現並卸載了所插入的模塊，那麼所有利用該模塊來隱藏的文件就暴露了，所以應繼續分析如何來隱藏特定名字的模塊。Linux中用來查詢模塊信息的系統調用是sys_query_module，所以可以通過修改該系統調用達到隱藏特定模塊的目的。首先解釋一下原來的系統調用，原來系統調用的原型為：
int sys_query_module(const char *name, int which, void *buf, size_t bufsize , size_t *ret)
如果參數name不空，則訪問特定的模塊，否則訪問的是內核模塊，參數which說明查詢的類型，當which=QM_MODULES時，返回所有當前已插入的模塊名稱，存入buff, 並且在ret中存放模塊的個數，buffsize是buf緩沖區的大小。在模塊隱藏的過程中只需要對which=QM_MODULES的情況進行處理就可以達到目的。修改後的系統調用工作過程如下：
1）調用原來的系統調用，出錯則返回錯誤代碼；
2）如果which不等於QM_MODULES，則不需要處理，直接返回。
3）從buf的開始位置進行處理，如果存在特定的名字，則將後面的模塊名稱向前覆蓋該名字。
4）重復3），直到處理處理完所有的名字，正確返回。
2.3 隱藏進程
在Linux中不存在直接查詢進程信息的系統調用，類似於ps這樣查詢進程信息的命令是通過查詢proc文件系統來實現的，在背景知識中已經介紹過proc文件系統，由於它應用文件系統的接口實現，因此同樣可以用隱藏文件的方法來隱藏proc文件系統中的文件，只需要在上面的hacked_getdents中加入對於proc文件系統的判斷即可。由於proc是特殊的文件系統，只存在於內存之中，不存在於任何實際設備之上，所以Linux內核分配給它一個特定的主設備號0以及一個特定的次設備號1，除此之外，由於在外存上沒有與之對應的i節點,所以系統也分配給它一個特殊的節點號PROC_ROOT_INO（值為1），而設備上的1號索引節點是保留不用的。通過上面的分析，可以得出判斷一個文件是否屬於proc文件系統的方法：
1）得到該文件對應的inode結構dinode;
2）if (dinode->i_ino == PROC_ROOT_INO && !MAJOR(dinode->i_dev) && MINOR(dinode->i _dev) == 1) {該文件屬於proc文件系統}
通過上面的分析，給出隱藏特定進程的偽代碼表示：
hacket_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count)
{
調用原來的系統調用；
得到fd所對應的節點；
if(該文件屬於proc文件系統&&該文件名需要隱藏)
{從dirp中去掉該文件相關信息}
}
2.4 修改系統調用的方法
現在已經解決了如何修改系統調用來達到隱藏的目的，那麼如何用修改後的系統調用來替換原來的呢？這個問題在實際應用中往往是最關鍵的，下面將討論在不同的情況下如何做到這一點。
(1)當系統導出sys_call_table，並且支持動態的插入模塊的情況下：
在Linux內核2.4.18版以前，這種內核配置是非常普遍的。這種情況下修改系統調用非常容易，只需要修改相應的sys_call_table表項，使其指向新的系統調用即可。下面是相應的代碼：
int orig_getdents(unsigned int fd, struct dirent *dirp, unsigned int count)
int init_module(void)
/*初始化模塊*/
{
orig_getdents=sys_call_table[SYS_getdents]; //保存原來的系統調用
orig_query_module=sys_call_table[SYS_query_module]
sys_call_table[SYS_getdents]=hacked_getdents; //設置新的系統調用
sys_call_table[SYS_query_module]=hacked_query_module;
return 0; //返回0表示成功
}
void cleanup_module(void)
/*卸載模塊*/
{
sys_call_table[SYS_getdents]=orig_getdents; //恢復原來的系統調用
sys_call_table[SYS_query_module]=orig_query_module;
}
(2)在系統並不導出sys_call_table的情況下：
linux內核在2.4.18以後為了安全起見不再導出sys_call_table符號，從而無法直接獲得系統調用表的地址，那麼就必須找到其他的辦法來得到這個地址。在背景知識中提到了/dev/kmem是系統主存的映像，可以通過查詢該文件來找到sys_call_table的地址，並對其進行修改，來使用新的系統調用。那麼如何在系統映像中找到sys_call_table的地址呢？讓我們先看看system_call的源代碼是如何來實現系統調用的（代碼見/arch/i386/kernel/entry.S）：
ENTRY(system_call)
pushl %eax # save orig_eax
SAVE_ALL
GET_CURRENT(%ebx)
cmpl $(NR_syscalls),%eax
jae badsys
testb $0x02,tsk_ptrace(%ebx) # PT_TRACESYS
jne tracesys
call *SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4)
movl %eax,EAX(%esp) # save the return value
ENTRY(ret_from_sys_call)
這段源代碼首先保存相應的寄存器的值，然後判斷系統調用號（在eax寄存器中）是否合法,繼而對設置調試的情況進行處理，在所有這些進行完後，利用call *SYMBOL_NAME(sys_call_table)(,%eax,4) 來轉入相應的系統調用進行處理，其中的SYMBOL_NAME(sys_call_table)得出的就是sys_call_table的地址。從上面的分析可以看出，當找到system_call函數之後，利用字符匹配來尋找相應call語句就可以確定sys_call_table的位置，因為call something(,%eax,4)的機器指令碼是0xff 0x14 0x85。所以匹配這個指令碼就行了。至於如何確定system_call的地址在背景知識中已經介紹了，下面給出相應的偽代碼：
struct{ //各字段含義可以參考背景知識中關於IDTR寄存器的介紹
unsigned short limit;
unsigned int base;
}__attribute__((packed))idtr;
struct{ //各字段含義可以參考背景知識中關於中斷描述符的介紹
unsigned short off1;
unsigned short sel;
unsigned char none,flags;
unsigned short off2;
}__attribute__((packed))idt;
int kmem;
/ *下面函數用於從kemem對應的文件中偏移量為off處讀取sz個字節至內存m處*/
void readkmem(void *m,unsigned off,int sz) {………}
/*下面函數用於從src讀取count個字節至dest處*/
void weitekmem(void *src,void *dest,unsigned int count) {………..}
unsigned sct; //用來存放sys_call_table地址
char buff[100]; //用於存放system_call函數的前100個字節。
char *p;
if((kmem=open(“/dev/kmem”,O_RDONLY))<0)
return 1;
asm(“sidt %0” “:=m” (idtr)); //讀取idtr寄存器的值至idtr結構中
readkmem(&idt,idtr.base+8*0x80,sizeof(idt)) //將0x80描述符讀至idt結構中
sys_ call_off=(idt.off2<<16)|idt.off1; //得到system_call函數的地址。
readkmem(buff,sys_call_off,100) //讀取system_call函數的前100字節至buff
p=(char *)memmem(buff,100,”xffx14x85”,3); //得到call語句對應機器碼的地址
sct=(unsigned *)(p+3) //得到sys_call_table的地址。
至此已經得到了sys_call_table在內存中的位置，這樣在根據系統調用號就能夠找到相應的系統調用對應的地址，修改該地址就可以使用新的系統調函數，具體的做法如下：
readkmem(&orig_getdents,sct+ SYS_getdents*4,4)//保存原來的系統調用
readkmem(&orig_query_module,sct+SYS_query_module*4,4);
writekmem(hacked_getdents,sct+SYS_getdents*4,4);//設置新的系統調用
writekmem(hacket_query_module,sct+SYS_query_module*4,4);
2.5 其他的相關技術
上面已經完全解決了隱藏的相關技術問題，在實際應用中，可以把啟動模塊或者進程的代碼做成腳本加入到相應的啟動目錄中,假設你的Linux運行級別為3，則可以加到目錄rc3.d中（該目錄常存在於/etc/rc.d或者/etc目錄下），然後把該腳本的名字改為可以隱藏的名字。另一種方法就是在一些啟動腳本中加入啟動你的模塊或者進程的代碼，但這樣比較容易被發現，一個解決思路就是進程或模塊啟動以後馬上恢復正常的腳本，由於系統關機時會向所有進程發送SIGHUP信號，可以在進程或模塊中處理該信號，使該信號發生時修改啟動腳本，重新加入啟動模塊的代碼，這樣當系統下次啟動時又可以加載這個的模塊了，而且管理員察看啟動腳本時也不會發現異常。
3.結束語
本文對Linux環境下的一些高級隱藏技術進行了分析研究，其中所涉及的技術不僅可以用在系統安全方面，在其他方面也有重要的借鑒意義。由於Linux的開放特性，使得攻擊者一旦獲得了root權限就能夠對系統進行較多的修改，所以避免第一次被入侵是至關重要的。