Các framework hỗ trợ root Android như KernelSU, APatch và SKRoot đã làm thay đổi đáng kể cách thức thực hiện Android privilege escalation. Những công cụ này sử dụng kỹ thuật vá lỗi nhân nâng cao để cho phép thực thi mã trái phép ở cấp độ nhân hệ điều hành.

Chúng tích hợp sâu vào các lệnh gọi hệ thống quan trọng, ví dụ như prctl, nhằm thiết lập kênh giao tiếp ẩn giữa ứng dụng quản lý ở không gian người dùng và không gian nhân. Điều này cho phép thực hiện các thao tác như sửa đổi chính sách SELinux và cấp quyền root.

Rủi ro Bảo mật Từ Tích Hợp Sâu Của Framework Rooting

Tuy nhiên, sự tích hợp sâu rộng này tiềm ẩn nhiều rủi ro bảo mật nghiêm trọng. Đội ngũ zLabs của Zimperium đã chứng minh điều này qua các phân tích mối đe dọa liên tục.

Vào giữa năm 2023, các nhà nghiên cứu đã phát hiện một lỗ hổng KernelSU nghiêm trọng trong phiên bản 0.5.7. Lỗ hổng này cho phép kẻ tấn công mạo danh ứng dụng quản lý hợp pháp, dẫn đến việc kiểm soát hoàn toàn thiết bị.

Vulnerabilities như vậy minh chứng cách các mối đe dọa di động ngày càng khai thác các môi trường đã được root. Kẻ gian tập trung vào kernel của Android để duy trì quyền truy cập và triển khai mã độc.

Cơ chế Xác thực và Điểm Yếu Thực Thi

Cốt lõi của các framework root này là sự phụ thuộc vào cơ chế xác thực để bảo vệ giao diện kernel. Tuy nhiên, việc triển khai thường xuyên gặp lỗi.

Các hệ thống dựa trên mật khẩu trong các công cụ như APatch và SKRoot phụ thuộc vào các bí mật do người dùng định nghĩa hoặc tự động tạo. Những bí mật này dễ bị tấn công vét cạn (brute-force) hoặc tấn công kênh bên (side-channel attacks) nếu việc xác thực không chặt chẽ.

Ngược lại, KernelSU sử dụng phương pháp xác minh dựa trên gói (package-based approach). Phương pháp này kiểm tra danh tính của bên gọi thông qua UID, tên gói và chữ ký APK, được cho là cung cấp khả năng phòng thủ mạnh hơn.

Chi tiết Lỗ hổng KernelSU trong Cơ chế Xác thực Chữ ký

Mặc dù vậy, lỗ hổng KernelSU phiên bản 0.5.7 lại xuất phát từ việc xác minh chữ ký bị lỗi trong quá trình gọi lệnh CMD_BECOME_MANAGER thông qua prctl(0xDEADBEEF, CMD_BECOME_MANAGER, data_path).

Khi lệnh này được gọi, kernel sẽ phân tích đường dẫn /data/data/ được cung cấp, kiểm tra quyền sở hữu và quét bảng mô tả tệp (file descriptor table) của tiến trình để tìm kiếm sự trùng khớp với /data/app/*/base.apk đầu tiên. Mục đích là để xác thực chứng chỉ ký (signing certificate).

Quá trình quét tuần tự này tạo ra một điều kiện tranh chấp (race condition) có thể bị khai thác. Kẻ tấn công có thể thao túng thứ tự các file descriptor để ưu tiên chữ ký của APK KernelSU chính thức so với chữ ký của chúng.

Kỹ thuật Khai thác Lỗ hổng KernelSU 0.5.7

Để khai thác zero-day này, kẻ tấn công sẽ tạo ra một ứng dụng độc hại, ví dụ như com.attacker.manager. Ứng dụng này sẽ đóng gói tệp base.apk hợp pháp của KernelSU vào thư mục lib của nó.

Bằng cách xác định và ưu tiên mô tả tệp (fd) của chính APK của chúng với một giá trị thấp hơn – có thể bằng cách đóng stdin (fd 0) và mở APK đã đóng gói – kẻ tấn công đảm bảo kernel xác minh chữ ký giả mạo nhưng hợp lệ trước tiên.

Sau đó, việc gọi prctl với data_path đã được tạo sẵn sẽ cấp quyền quản lý cho kẻ tấn công. Quyền này mở khóa các lệnh quan trọng như CMD_GRANT_ROOT để thực thi mã tùy ý hoặc CMD_SET_SEPOLICY để vượt qua các cơ chế thực thi bảo mật.

Một bằng chứng khái niệm (proof-of-concept) đã chứng minh điều này trong thực tế, đạt được quyền root trước khi ứng dụng quản lý chính thức xác thực. Đặc biệt, cuộc tấn công này hiệu quả sau khi khởi động lại thiết bị thông qua quyền RECEIVE_BOOT_COMPLETED.

Hạn chế của cuộc tấn công này là nó yêu cầu được thực thi trước khi ứng dụng quản lý chính thức lưu vào bộ đệm UID của nó. Điều này khiến khả năng duy trì quyền truy cập vào thời điểm khởi động trở thành yếu tố then chốt.

Tác động và Rủi ro của Lỗ hổng đối với Hệ sinh thái Rooting

Theo báo cáo từ Zimperium, những hàm ý rộng hơn của lỗ hổng KernelSU lan rộng khắp các hệ sinh thái rooting. Các phân tích của zLabs tiết lộ những lỗ hổng tái diễn trong hầu hết các framework, từ xác thực không đúng cách và dữ liệu đầu vào người dùng không được làm sạch (unsanitized user inputs) đến các cầu nối kernel-user không an toàn. Tham khảo chi tiết tại Zimperium Blog.

Ví dụ, các phiên bản APatch ban đầu gặp phải vấn đề bảo vệ mật khẩu yếu, cho phép leo thang đặc quyền trái phép. Tương tự, lỗ hổng CVE-2024-48336 của Magisk cho phép mạo danh GMS để âm thầm chiếm quyền root.

Những lỗ hổng CVE này nhấn mạnh những nguy hiểm cố hữu của các công cụ cộng đồng thiếu kiểm tra an ninh nghiêm ngặt. Chúng làm gia tăng rủi ro cho doanh nghiệp, bao gồm lây nhiễm mã độc và chiếm quyền kiểm soát hệ thống trong bối cảnh mối đe dọa ưu tiên thiết bị di động.

Khuyến nghị và Biện pháp Giảm thiểu

Khi các công cụ root phát triển, việc giám sát liên tục vẫn là điều cần thiết để giảm thiểu các điểm yếu có thể bị khai thác. Người dùng được khuyến nghị cân nhắc giữa sự tiện lợi và tiềm năng bị chiếm đoạt hoàn toàn thiết bị chỉ vì một lỗ hổng KernelSU bị bỏ qua.

Để đảm bảo an toàn, hãy luôn cập nhật bản vá bảo mật mới nhất cho hệ điều hành và các ứng dụng. Hạn chế việc sử dụng các công cụ root không được kiểm định kỹ lưỡng. Đối với các tổ chức, việc triển khai các giải pháp bảo mật di động toàn diện là bắt buộc để phát hiện và ngăn chặn các cuộc tấn công Android privilege escalation có thể xảy ra.