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Kernel & Extensões de Sistema do macOS

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Kernel XNU

O núcleo do macOS é o XNU, que significa "X is Not Unix". Este kernel é composto fundamentalmente pelo microkernel Mach (que será discutido mais tarde), e elementos do Berkeley Software Distribution (BSD). O XNU também fornece uma plataforma para drivers de kernel através de um sistema chamado I/O Kit. O kernel XNU faz parte do projeto de código aberto Darwin, o que significa que seu código-fonte é acessível gratuitamente.

Do ponto de vista de um pesquisador de segurança ou desenvolvedor Unix, o macOS pode parecer bastante semelhante a um sistema FreeBSD com uma GUI elegante e um conjunto de aplicativos personalizados. A maioria dos aplicativos desenvolvidos para BSD compilará e funcionará no macOS sem necessidade de modificações, pois as ferramentas de linha de comando familiares aos usuários Unix estão todas presentes no macOS. No entanto, como o kernel XNU incorpora o Mach, existem algumas diferenças significativas entre um sistema tradicional semelhante ao Unix e o macOS, e essas diferenças podem causar problemas potenciais ou fornecer vantagens únicas.

Versão de código aberto do XNU: https://opensource.apple.com/source/xnu/

Mach

Mach é um microkernel projetado para ser compatível com UNIX. Um de seus princípios de design chave era minimizar a quantidade de código executado no espaço do kernel e, em vez disso, permitir que muitas funções típicas do kernel, como sistema de arquivos, rede e I/O, executassem como tarefas no nível do usuário.

No XNU, o Mach é responsável por muitas das operações de baixo nível críticas que um kernel normalmente lida, como agendamento de processador, multitarefa e gerenciamento de memória virtual.

BSD

O kernel XNU também incorpora uma quantidade significativa de código derivado do projeto FreeBSD. Este código executa como parte do kernel junto com o Mach, no mesmo espaço de endereçamento. No entanto, o código do FreeBSD dentro do XNU pode diferir substancialmente do código original do FreeBSD porque foram necessárias modificações para garantir sua compatibilidade com o Mach. O FreeBSD contribui para muitas operações do kernel, incluindo:

  • Gerenciamento de processos
  • Manipulação de sinais
  • Mecanismos de segurança básicos, incluindo gerenciamento de usuários e grupos
  • Infraestrutura de chamadas de sistema
  • Pilha TCP/IP e soquetes
  • Firewall e filtragem de pacotes

Entender a interação entre BSD e Mach pode ser complexo, devido aos seus diferentes quadros conceituais. Por exemplo, o BSD usa processos como sua unidade de execução fundamental, enquanto o Mach opera com base em threads. Essa discrepância é reconciliada no XNU associando cada processo BSD a uma tarefa Mach que contém exatamente uma thread Mach. Quando a chamada de sistema fork() do BSD é usada, o código BSD dentro do kernel usa funções Mach para criar uma tarefa e uma estrutura de thread.

Além disso, Mach e BSD mantêm modelos de segurança diferentes: o modelo de segurança do Mach é baseado em direitos de porta, enquanto o modelo de segurança do BSD opera com base na propriedade do processo. Disparidades entre esses dois modelos ocasionalmente resultaram em vulnerabilidades de escalonamento de privilégios locais. Além das chamadas de sistema típicas, também existem armadilhas Mach que permitem que programas no espaço do usuário interajam com o kernel. Esses diferentes elementos juntos formam a arquitetura híbrida e multifacetada do kernel do macOS.

I/O Kit - Drivers

I/O Kit é o framework de drivers de dispositivos, orientado a objetos e de código aberto, no kernel XNU e é responsável pela adição e gerenciamento de drivers de dispositivos carregados dinamicamente. Esses drivers permitem que código modular seja adicionado dinamicamente ao kernel para uso com diferentes hardwares, por exemplo.

{% content-ref url="macos-iokit.md" %} macos-iokit.md {% endcontent-ref %}

IPC - Comunicação Interprocessos

{% content-ref url="macos-ipc-inter-process-communication/" %} macos-ipc-inter-process-communication {% endcontent-ref %}

Kernelcache

O kernelcache é uma versão pré-compilada e pré-linkada do kernel XNU, juntamente com drivers essenciais e extensões de kernel. Ele é armazenado em um formato comprimido e é descomprimido na memória durante o processo de inicialização. O kernelcache facilita um tempo de inicialização mais rápido ao ter uma versão pronta para execução do kernel e drivers cruciais disponíveis, reduzindo o tempo e os recursos que de outra forma seriam gastos carregando e vinculando dinamicamente esses componentes no momento da inicialização.

No iOS, está localizado em /System/Library/Caches/com.apple.kernelcaches/kernelcache no macOS você pode encontrá-lo com find / -name kernelcache 2>/dev/null

IMG4

O formato de arquivo IMG4 é um formato de contêiner usado pela Apple em seus dispositivos iOS e macOS para armazenar e verificar de forma segura componentes de firmware (como kernelcache). O formato IMG4 inclui um cabeçalho e várias tags que encapsulam diferentes pedaços de dados, incluindo o payload real (como um kernel ou bootloader), uma assinatura e um conjunto de propriedades do manifesto. O formato suporta verificação criptográfica, permitindo que o dispositivo confirme a autenticidade e integridade do componente de firmware antes de executá-lo.

Geralmente é composto pelos seguintes componentes:

  • Payload (IM4P):
  • Frequentemente comprimido (LZFSE4, LZSS, …)
  • Opcionalmente criptografado
  • Manifesto (IM4M):
  • Contém Assinatura
  • Dicionário adicional de Chave/Valor
  • Informações de Restauração (IM4R):
  • Também conhecido como APNonce
  • Impede a repetição de algumas atualizações
  • OPCIONAL: Geralmente isso não é encontrado

Descomprimir o Kernelcache:

# pyimg4 (https://github.com/m1stadev/PyIMG4)
pyimg4 im4p extract -i kernelcache.release.iphone14 -o kernelcache.release.iphone14.e

# img4tool (https://github.com/tihmstar/img4tool
img4tool -e kernelcache.release.iphone14 -o kernelcache.release.iphone14.e

Símbolos do Kernelcache

Às vezes, a Apple lança kernelcache com símbolos. Você pode baixar alguns firmwares com símbolos seguindo os links em https://theapplewiki.com.

IPSW

Estes são os firmwares da Apple que você pode baixar de https://ipsw.me/. Entre outros arquivos, ele conterá o kernelcache.
Para extrair os arquivos, você pode simplesmente descompactar.

Após extrair o firmware, você obterá um arquivo como: kernelcache.release.iphone14. Está no formato IMG4, você pode extrair as informações relevantes com:

{% code overflow="wrap" %}

pyimg4 im4p extract -i kernelcache.release.iphone14 -o kernelcache.release.iphone14.e

{% endcode %}

img4tool -e kernelcache.release.iphone14 -o kernelcache.release.iphone14.e

Você pode verificar o kernelcache extraído para símbolos com: nm -a kernelcache.release.iphone14.e | wc -l

Com isso, podemos agora extrair todas as extensões ou a que você está interessado:

# List all extensions
kextex -l kernelcache.release.iphone14.e
## Extract com.apple.security.sandbox
kextex -e com.apple.security.sandbox kernelcache.release.iphone14.e

# Extract all
kextex_all kernelcache.release.iphone14.e

# Check the extension for symbols
nm -a binaries/com.apple.security.sandbox | wc -l

Extensões do Kernel do macOS

O macOS é extremamente restritivo para carregar Extensões do Kernel (.kext) devido aos altos privilégios com os quais o código será executado. Na verdade, por padrão é praticamente impossível (a menos que seja encontrado um bypass).

{% content-ref url="macos-kernel-extensions.md" %} macos-kernel-extensions.md {% endcontent-ref %}

Extensões do Sistema macOS

Em vez de usar Extensões do Kernel, o macOS criou as Extensões do Sistema, que oferecem APIs em nível de usuário para interagir com o kernel. Desta forma, os desenvolvedores podem evitar o uso de extensões do kernel.

{% content-ref url="macos-system-extensions.md" %} macos-system-extensions.md {% endcontent-ref %}

Referências

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