KSMBD 커널 모듈 Heap-based Buffer Overflow (CVE-2023-52440) 심층 기술 분석

1. 개요

Patchbay Security Lab은 리눅스 커널의 SMB 구현 모듈인 KSMBD에서 발견된 치명적인 힙 기반 버퍼 오버플로우 취약점(CVE-2023-52440)에 대한 심층 분석 결과를 발표합니다. 이 취약점은 원격의 비인증 공격자가 커널 메모리 영역을 조작하여 임의 코드 실행(RCE)을 달성할 수 있게 합니다.

TL;DR (3줄 요약)

1. 취약점 대상: 리눅스 커널 내부의 고성능 SMB 서버 모듈인 KSMBD.
2. 원인: NTLMSSP 인증 과정 중 세션 키 길이 검증 누락으로 인한 SLUB 오버플로우.
3. 영향: 원격 비인증 공격자가 커널 권한으로 임의 코드 실행 가능 (RCE).

주요 내용

2. 사전 지식

효과적인 기술 분석을 위해, 독자들은 다음 핵심 개념에 대한 이해가 필요합니다.

KSMBD (Kernel Server Message Block Daemon)

KSMBD는 리눅스 커널 공간에서 실행되도록 설계된 SMB 프로토콜 구현체입니다. 기존의 사용자 공간(User space) SMB 서버(Samba)와 달리, KSMBD는 커널에서 직접 파일 시스템 및 네트워크 I/O를 처리하여 컨텍스트 스위칭 오버헤드를 줄이고 성능을 향상시킵니다. 이 때문에 KSMBD에서 발생하는 취약점은 곧장 커널 영역의 보안을 위협합니다.

SLUB Allocator 및 Heap Overflow

리눅스 커널은 메모리 할당에 주로 SLUB (Slab/SLUB) 메모리 할당자를 사용합니다. SLUB는 자주 사용되는 특정 크기의 객체(예: 세션 구조체, 네트워크 버퍼)를 미리 할당된 캐시에 보관하여 효율성을 높입니다.

힙 기반 버퍼 오버플로우가 SLUB 환경에서 발생하면, 공격자는 고정된 SLUB 덩어리(Chunk) 내부의 데이터를 초과하여 인접한 다른 덩어리나 SLUB 메타데이터를 덮어쓸 수 있습니다. 이는 커널 함수 포인터나 다른 중요한 구조체 포인터를 변조하여 RCE의 발판을 마련하는 데 사용됩니다.

KASLR 및 Exploitation 환경

현대 리눅스 커널은 KASLR(Kernel Address Space Layout Randomization), SMEP(Supervisor Mode Execution Prevention), SMAP(Supervisor Mode Access Prevention) 등 강력한 방어 기법을 적용하고 있습니다. 이 취약점을 이용한 RCE를 성공시키기 위해서는, 공격자는 일반적으로 메모리 누수 취약점을 결합하여 KASLR을 우회하고, 힙 그루밍(Heap Grooming) 기법을 사용하여 덮어쓸 대상 객체를 취약한 버퍼 인접 위치에 배치해야 합니다.

3. 취약점 근본 원인 분석

CVE 정보 표

취약점 상세 분석

이 취약점은 KSMBD가 클라이언트로부터 NTLMSSP(NT LAN Manager Security Support Provider) 인증 과정 중 전송받는 인증 블롭(Authentication Blob)을 처리하는 ksmbd_decode_ntlmssp_auth_blob() 함수 내에서 발생합니다.

공격자는 SessionKey 구조체 내의 Length 필드를 표준 크기(CIFS_KEY_SIZE, 일반적으로 16 또는 32바이트)보다 훨씬 크게 설정하여 전송할 수 있었습니다. 문제는 세션 키를 복사하기 전에 이 입력된 Length 값에 대한 경계 검증이 누락되었다는 점입니다.

취약한 코드 (가정적 재구성)

다음은 취약한 코드 로직의 핵심 부분입니다. SessionKey.Length는 공격자가 제어하며, 이 값이 CIFS_KEY_SIZE를 초과할 경우 문제가 발생합니다.

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// [ksmbd_decode_ntlmssp_auth_blob.c] (취약한 버전)

int ksmbd_decode_ntlmssp_auth_blob(struct ntlmssp_auth_blob *authblob, ...)
{
    unsigned int sess_key_len = le16_to_cpu(authblob->SessionKey.Length);
    void *key_buffer = get_session_key_buffer(); // SLUB 할당된 고정 크기 버퍼

    // ❌ 공격자가 제어하는 sess_key_len에 대한 경계 검증이 누락됨
    if (sess_key_len > 0)
        // 오버플로우 발생 지점
        memcpy(key_buffer, authblob->SessionKey.Buffer, sess_key_len);
    
    // ...
}

패치 코드 (Diff 형식)

패치 코드는 memcpy 실행 이전에 sess_key_len이 정의된 최대 세션 키 크기(CIFS_KEY_SIZE)를 초과하는지 검사하고, 초과할 경우 오류를 반환하여 버퍼 오버플로우를 방지합니다.

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--- a/fs/smb/server/auth.c
+++ b/fs/smb/server/auth.c
@@ -100,8 +100,10 @@
     unsigned int sess_key_len = le16_to_cpu(authblob->SessionKey.Length);
     
     // [Patch] ✅ 길이 검증 추가: CIFS_KEY_SIZE보다 큰 길이는 허용되지 않음
+    if (sess_key_len > CIFS_KEY_SIZE)
+        return -EINVAL; 
+
     if (sess_key_len > 0)
         memcpy(key_buffer, authblob->SessionKey.Buffer, sess_key_len);
     
     // ...

[그림 1] 메모리 레이아웃 및 SLUB 오버플로우

[그림 1]은 KSMBD가 SLUB 캐시에서 할당한 메모리 덩어리(key_buffer)와 인접한 다음 덩어리가 어떻게 오버플로우에 취약해지는지를 보여줍니다.

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graph TD
    A[SLUB Chunk N (Session Key Buffer)] --> B{CIFS_KEY_SIZE (Fixed Boundary)};
    B --> C{Attack Data (sess_key_len)};
    C --> D[Overflow Region];
    D --> E[SLUB Chunk N+1 (Target Object)];

    style A fill:#aaffaa,stroke:#333
    style C fill:#ffcccc,stroke:#990000
    style E fill:#ffffaa,stroke:#333

    subgraph Memory Layout [그림 1]
        A
        B
        C
        D
        E
    end

    A -- 복사 대상 --> B;
    C -- Attacker Controlled Length --> D;
    D -- Overwrite --> E;
    E -- Goal --> F[Overwrite Pointer/Metadata];

공격자는 sess_key_len을 크게 설정하여 CIFS_KEY_SIZE를 초과하는 데이터를 key_buffer에 복사하게 하고, 이 데이터(D)가 인접한 메모리 덩어리(E)의 시작 부분 또는 해당 덩어리가 담고 있는 구조체의 중요한 포인터(F)를 덮어쓰게 만듭니다.

4. 원격 코드 실행 공격 과정

CVE-2023-52440을 이용한 원격 코드 실행(RCE) 공격은 일반적으로 다음 6단계를 따릅니다.

[그림 2] 공격 플로우차트

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graph TD
    A[원격 공격자 연결 (SMB Negotiation)] --> B[Heap Grooming (KSMBD SLUB 캐시 준비)];
    B --> C[특정 크기의 커널 객체 스프레이];
    C --> D[오버플로우 트리거 (Oversized Session Key 전송)];
    D --> E[인접 커널 객체 포인터 변조];
    E --> F[Arbitrary Write Primitive 획득];
    F --> G[KASLR 우회 및 ROP Chain 실행];
    G --> H[커널 권한 획득 / 시스템 장악];
    
    style H fill:#ff7777,stroke:#aa0000

    subgraph Attack Flow [그림 2]
        A
        B
        C
        D
        E
        F
        G
        H
    end

단계별 상세 설명

1. Heap Grooming 및 스프레이 (B, C): 공격 성공의 핵심은 취약한 key_buffer가 할당된 SLUB 캐시(예: kmalloc-256)를 예측 가능한 상태로 만드는 것입니다. 공격자는 KSMBD 내의 다른 요청을 통해 특정 크기의 객체(예: 세션 구조체, 파일 핸들 구조체 등)를 연속적으로 할당(스프레이)하고 해제하여, 피해자 버퍼 바로 다음에 조작 대상 객체(Target Object)가 위치하도록 메모리 레이아웃을 정렬합니다.

2. 오버플로우 트리거 (D): 정렬된 메모리 상태에서, 공격자는 NTLMSSP 인증 요청을 보내면서 authblob->SessionKey.Length를 CIFS_KEY_SIZE보다 크게 설정하고, 덮어쓸 데이터(Payload)를 포함시킵니다. 이 요청이 ksmbd_decode_ntlmssp_auth_blob() 함수에 도달하면, 경계 검증 없이 메모리 복사(memcpy)가 발생하여 오버플로우가 시작됩니다.

3. 인접 커널 객체 변조 (E): 오버플로우된 데이터는 다음 SLUB 덩어리(N+1)의 시작 부분을 덮어씁니다. 공격자는 이 위치에 있는 함수 포인터나 데이터 포인터를 공격자가 원하는 값(Controlled Data)으로 변조합니다. 일반적인 타겟은 파일 조작이나 네트워크 이벤트 시 호출되는 구조체(예: msg_msg 헤더, tty_struct 함수 포인터)입니다.

4. Arbitrary Write Primitive 획득 및 ROP (F, G): 포인터 변조 후, 공격자는 해당 구조체를 사용하는 커널 함수를 호출하여 변조된 포인터를 역참조하게 만듭니다. 예를 들어, 덮어쓴 함수 포인터를 통해 제어 흐름을 인젝션된 ROP(Return-Oriented Programming) 체인으로 전환하여 KASLR을 우회하고 커널 권한으로 쉘 코드를 실행합니다.

5. 시스템 장악 (H): 최종적으로 RCE를 달성하여 시스템에 영구적인 백도어를 설치하거나, 중요 정보를 유출합니다.

5. 공격 영향 및 한계점

5.1. 공격 영향

• 커널 권한 RCE: KSMBD는 커널 공간에서 실행되므로, 공격 성공 시 시스템에서 가장 높은 권한(Ring 0)을 획득하게 됩니다.
• 비인증 원격 공격: 이 취약점은 NTLMSSP 인증 과정 중에 발생하며, 성공적인 인증 이전에 취약점을 트리거할 수 있습니다. 즉, 공격자는 대상 시스템에 대한 계정 정보 없이 외부에서 공격을 시작할 수 있습니다.
• 광범위한 영향: KSMBD가 기본으로 활성화된 배포판이 많으며, 특히 고성능 NAS 환경에서 주로 사용됩니다.

5.2. 한계점

• 모듈 활성화 필수: KSMBD 모듈(ksmbd.ko)이 커널에 로드되어 있고 외부 네트워크 포트(445/139)가 노출되어 있어야 합니다.
• Exploitation 복잡성: 최신 커널 환경에서 KASLR, SMAP/SMEP를 우회하고 신뢰성 있는 힙 그루밍을 수행하는 것은 고도의 기술을 요구합니다. 특히 SLUB 환경은 메모리 상태가 불안정할 수 있어 익스플로잇의 안정성을 확보하기 어렵습니다.

6. 영향받는 버전

CVE-2023-52440은 KSMBD가 도입된 이후의 대부분의 리눅스 커널 버전에 영향을 미쳤으며, 2023년 말에 패치가 적용되었습니다.

7. 완화 및 권고 사항

Patchbay Security Lab은 해당 취약점의 심각도를 고려하여 사용자들에게 다음과 같은 즉각적인 조치를 권고합니다.

1. 즉각적인 커널 패치 적용

사용 중인 배포판의 패키지 관리자를 통해 즉시 커널 업데이트를 수행해야 합니다.

Ubuntu/Debian 기반 시스템:

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$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade linux-image-generic -y
$ sudo reboot

RHEL/CentOS 기반 시스템:

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$ sudo yum update kernel
$ sudo reboot

2. 방화벽 설정 강화 (Defense-in-Depth)

KSMBD는 SMB 통신을 위해 TCP 445 포트를 사용합니다. 내부망에서만 접근이 필요한 경우, 외부망으로부터의 접근을 방화벽 수준에서 차단해야 합니다.

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# 외부로부터의 SMB 포트(445) 접근 차단 (UFW 예시)
$ sudo ufw deny from any to any port 445
$ sudo ufw reload

3. 대체 방안 및 모듈 비활성화

KSMBD를 사용하지 않거나, Samba와 같은 사용자 공간 SMB 서버로 대체할 수 있다면, KSMBD 모듈을 언로드하여 공격 표면을 줄여야 합니다.

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# KSMBD 커널 모듈 언로드 (일시적)
$ sudo rmmod ksmbd
# 영구적인 모듈 로딩 방지 (modprobe.d 사용)
$ echo "blacklist ksmbd" | sudo tee /etc/modprobe.d/ksmbd.conf

8. 결론

CVE-2023-52440은 KSMBD의 근본적인 입력 검증 실패로 인해 발생한 고위험 취약점입니다. 커널 영역에서 발생하는 힙 기반 오버플로우는 공격자에게 시스템 전체를 제어할 수 있는 권한을 제공하며, 특히 비인증 상태에서 원격으로 트리거 가능하다는 점에서 즉각적인 패치가 필수적입니다. 공격 시나리오는 복잡한 힙 그루밍과 KASLR 우회 기법을 요구하지만, 일단 성공하면 탐지 및 대응이 극히 어렵습니다.

당사의 PurpleHound 솔루션은 실전 기반 시나리오를 재구성하여 귀사의 보안 시스템이 실제 위협에 얼마나 효과적으로 대응 가능한지 검증합니다.

Build Solid, Connect Safely - Patchbay Security Lab

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[그림 1] 메모리 레이아웃

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│  Stack Frame            │
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│  Local Variables        │
├─────────────────────────┤
│  Return Address         │ ← 공격 대상
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│  Saved Frame Pointer    │
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graph TD
    A[공격자] --> B[SMB 연결 요청]
    B --> C[세션 설정 요청<br/>악의적인 키 길이 전송]
    C --> D{길이 검증?}
    D -->|검증 실패| E[버퍼 오버플로우 발생]
    E --> F[Return Address 덮어씀]
    F --> G[악성 코드 실행]
    D -->|검증 성공| H[정상 처리]

    style E fill:#ff6b6b
    style F fill:#ff6b6b
    style G fill:#ff6b6b
    style H fill:#51cf66

[그림 2] 공격 플로우차트