Как получить root права для приложения

Доброго времени суток всем моим читателям! Сегодня, продолжая цикл статей о кастомизации своего устройства, расскажу о том что такое права «root», зачем они нужны, кому они абсолютно точно не нужны и, если вы все-таки решили, как их получить.

Что такое root-права?

Сразу оговорюсь — я не буду вдаваться в технические детали реализации самого процесса рутирования телефона, поскольку недостаточно компетентен в этом, да и статья не про это.

Простыми словами — это права суперпользователя, которые вы можете делегировать одним приложениям и отказывать в доступе к ним другим. С этими правами приложения могут использовать команду su и обходить стандартные ограничения Android, получать доступ к системным файлам и папкам, внедряться в память других процессов и так далее.

Зачастую, в схеме root имеются 2 части — сервер, который выполняет основную программную работу и клиент, который необходим для взаимодействия пользователя с первым, позволяя гибко настраивать систему выдачи этих самых прав.

Подробнее вы можете почитать на сайтах, как ни странно, компаний, разрабатывающих антивирусные решения, вроде Eset или Kaspersky, поскольку данный вопрос непосредственно связан с безопасностью системы Android.

Зачем нужны root-права?

Честно говоря, когда мне задают вопрос, зачем я получал root-права на своем девайсе, я иногда впадаю в ступор, поскольку использую какое-то специфичное ПО, требующее таких разрешений достаточно редко и точечно.

Как хорошие примеры могу привести эффективное использование программ-firewalls, которые с помощью расширенных прав могут более гибко и эффективно контролировать траффик. Также, программы предназначенные для очистки «мусорных» файлов работают гораздо эффективнее, как и разнообразные файловые менеджеры, которые могут позволить вам редактировать системные файлы. Программы для резервного копирования приложений могут сохранять все данные приложения.

Отдельно хотелось бы упомянуть Xposed Framework — специализированное ПО в виде фреймворка, позволяющее одним приложениям изменять поведение системных функций Android в других приложениях и получать более полный доступ к их ресурсам. Например, именно на этом принципе основан Xposed-модуль для перевода текста на любой язык прямо в целевом приложении.

Кому НЕ нужны root-права

Именно так. Если вы сидите на данном ресурсе и дочитали до этого момента, полагаю, вы настроены решительно и будет проще перечислить все ПРОТИВ, нежели все ЗА. Преимуществ у расширенных прав действительно много, но это силой надо уметь управлять. Таким образом, список пользователей, которым я бы не рекомендовал получать root, можно сформулировать примерно так:

Способы получения root

Раньше, когда деревья были высокими а слоны мохнатыми, во времена Android ~4, существовали специальные утилиты как на само устройство так и на ПК, с помощью которых можно было получить root.

Если выражаться точнее, эти утилиты взламывали систему одним из множества способов и снисходительно делились с вами кусочком этого доступа.

Большая часть таких утилит была на китайском языке и тыкаться приходилось буквально вслепую. Вот самые яркие представители этого класса:

Преимущества такого способа получения очевидны — простота получения и относительно высокий шанс успеха. Однако такие недостатки как шпионаж, фоновая установка ПО и в целом непрозрачность схемы, как по мне, перекрывают это преимущество с лихвой. Тем более, что на последних версиях Android вероятность успеха получения прав с помощью этих утилит всё ниже. Не рекомендую данный способ к применению.

В определенный момент, как альтернатива этим утилитам, на арену рутирования выходит OpenSource-проект Magisk разработанный, несомненно, талантливым, программистом, под ником topjohnwu.

Главная особенность данного метода — возможность «внесистемного» внесения изменений с помощью подключаемых модулей. Это означает, что с выключением Magisk-модуля, отменялись изменения в системе, которые вносил этот модуль.

Работает это, на самом деле, проще чем можно подумать. В корне файловой системы создается «зеркало» раздела data (так и называется — data_mirror) и необходимые изменения вносятся в систему посредством создания символических ссылок на этот раздел.

Также, старые версии Magisk «из коробки» способны скрыть факт наличия root-прав от программ, которые не любят их (банковские приложения, например). Новые версии требуют установки дополнительных модулей.

Как получить root-права?

Мы, наконец, переходим от скучных лекций к решительным действиям.

Для получения таких прав, вы можете воспользоваться одной из перечисленных выше утилит, но только в том случае, если у вас есть возможность восстановить систему и нет возможности установить Magisk. В целом, я всё равно не рекомендую такие утилиты к применению.

Более подробно мы будем рассматривать установку Magisk на примере самой последней версии (25.2).

Предполагается, что вы уже разблокировали загрузчик и установили сторонний recovery. Устанавливать стороннюю прошивку необязательно, это не должно вызвать проблем.

Первым делом нам необходимо, как обычно, сделать полный бекап разделов системы на внешний носитель, вроде sd-карты, чтобы если что-то пойдет не так, вернуть как было.

Следующим шагом будет скачивание установочного файла Magisk (исключительно из официального репозитория!). Если ваш recovery позволяет устанавливать APK как zip-архивы, как, например, OrangeFox, то скачанный файл в исходном виде копируем на внешнюю память устройства, поскольку внутренняя зачастую шифруется и вы просто не найдете этот файл из recovery. В случае, если у вас другой recovery, файл Magisk.apk необходимо переименовать в Magisk.zip и таким же образом скопировать на устройство.

Далее необходимо загрузиться в recovery и сделать отдельно резервную копию раздела boot.img. Далее поясню, зачем.

В Magisk имеется возможность полного удаления root с помощью переименования файла установки в uninstall.zip и прошивки в recovery, НО, он не работает на системах с включенным шифрованием data.

Если вдруг какой-то модуль выведет систему из строя и у вас не будет возможности загрузиться в систему, будет очень проблемно этот самый модуль отключить или отключить весь Magisk.

Имея на руках boot исходной системы (без Magisk) мы сможем восстановить конкретно этот раздел и, в большинстве случаев, работоспособность системы.

После того, как бекапы сделаны, люки задраены, просто прошиваем установочный файл Magisk как любой другой архив через recovery. Всё.

В общем и целом, ничего сложного в самом процессе установки нет, после прошивки и загрузки системы, в меню приложений появится приложение «Magisk», которое при первом запуске обновится и будет работать. Самое важно и интересное кроется в настройке.

Настройка Magisk или как пройти SafetyNet

В новых версиях (24+) Magisk на смену Magisk Hide пришел новый метод сокрытия root — Zygisk. Его название состоит из слов Zygote — материнского низкоуровнего процесса Android, с помощью которого происходит работа Magisk и собственно названия приложения.

По умолчанию этот режим отключен в настройках Magisk, но я рекомендую включить его при первой же возможности.

Сразу после этого необходимо установить два модуля из Github-репозиториев — Universal SafetyNet Fix и Shamico. Первый нужен для прохождения CTS-аттестации (сертификация устройства SafetyNet), а второй для корректной работы функции скрытия root и DenyList magisk. Установка модулей интуитивно понятна и не должна вызвать вопросов.

Не уходя далеко после установки модулей переходим в раздел «Настройка DenyList», не активируя пункт «Активировать DenyList».

В этом меню мы увидим список установленных приложений. Скрытие root по умолчанию применено к сервисам Google, отдельно включать не надо! В большинстве случаев достаточно проставить галочки рядом с приложениями, от которых вы хотите скрыть рут, но бывают случаи, когда это не работает (например, некоторые банковские приложения). Тогда я советую нажать на плашку с названием приложения. Откроется весь список компонентов, от которых скрывается рут и проставить переключатель возле каждого из них. Приложений, которые обходили бы этот метод я еще не видел.

Для закрепления рекомендую использовать функцию «Скрыть приложение Magisk», поскольку его наличие можно вычислить элементарно по списку установленных приложений (так, например, работает MirPay). MagiskManager пересоберется со случайным именем пакета и предложит себя установить.

Если есть возможность, можно ограничить конкретным приложениям доступ к списку приложений с помощью Xposed-модулей вроде Thanox или XPrivacy Lua и тогда скрывать Magisk Manager не обязательно.

После проделанных действий необходимо как можно скорее перезагрузить телефон. Загрузка может быть слегка дольше, чем обычно.

Без должной настройки сервисы Google вскоре заметят чужака в системе и забракуют устройство по CTS.

Скрытие root для приложения необходимо делать до первого запуска целевого приложения! Мне попадались довольно злопамятные программы, которые раз увидев root, сохраняли мой id на сервере, приходилось либо перешивать устройство, либо подсовывать им фейковый Android ID.

Опасности root-прав

Не буду утверждать, что root-права это безопасно — любой необкатанный magisk модуль может привести систему в нерабочее состояние, при неумелом редактировании системных файлов система также придет в негодность, а функционал программ, запрашивающих root не всегда прозрачен. Не давайте root права приложениям, которым, по вашему мнению, они не нужны! Периодически такие права запрашивают Яндекс Карты, статистики ради или для чего-то еще — неизвестно, но проверять не хочется.

Говорить о том, что наличие root как-то сильно ослабляет защиту системы тоже не буду — доступ вполне себе контролируемый, и если вы будете соблюдать элементарную цифровую гигену, никаких проблем не будет.

Самое опасное, наверное — потеря гарантии производителя, что логично.

Выводы

Root-права — мощный инструмент, который дает широкий доступ к системе, но как и любой инструмент, им нужно уметь пользоваться, а в неумелых руках он принесет больше вреда, чем пользы.

Мой набор Magisk-модулей

Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

Получали ли вы Root на своем устройстве?

Нет и не планирую

Нет, но хочу попробовать

Да, но сейчас не имею

Да, пользуюсь root-правами

Проголосовали 127 пользователей.

Воздержались 9 пользователей.

Если вы являетесь регулярным читателем Хабра, то должно быть заметили что за последние несколько лет вышло немало статей о сборе персональных данных с мобильных устройств, и о попытках противодействия этому, было несколько отличных статей с детальными инструкциями по превращению своего смартфона на базе ОС Android в настоящую цитадель приватности и безопасности.

Часто для этого рекомендуется получение прав суперпользователя в системе (root-права), удаление системных приложений от Google и от производителя устройства, или даже полная замена стандартной ОС на альтернативные сборки, чаще всего LineageOS (бывший CyanogenMod). При этом первым шагом в этом процессе всегда будет так называемая «разблокировка загрузчика». Во время её выполнения устройство несколько раз покажет нам страшные предупреждения о том, что теперь оно станет более уязвимо для злоумышленников, но мы смело нажимаем «подтвердить» и шьём root или самую свежую сборку кастомной прошивки, не задумываясь о том какие проблемы создаёт нам незаблокированный загрузчик.

Я хочу рассказать вам как погоня за приватностью и безопасностью может привести к бóльшим проблемам чем использование стоковых устройств, как при физическом доступе к устройству можно установить в android бэкдор который может пережить сброс до заводских настроек, как можно вытащить данные из зашифрованного устройства не зная пин-код, не входя в систему и без запущенного режима отладки в меню разработчика.

Вступление

Сразу в начале оговорюсь, что все упомянутые опасности будут касаться наших устройств только если у злоумышленника есть физический доступ к девайсу. Поэтому можно просуммировать необходимые начальные условия:

Если задуматься, то ситуация с физическим доступом к смартфону не такая уж и невероятная. Например, последние годы набирает тенденция проверки мобильных устройств пограничниками при въезде в страну. Количество подобных проверок увеличивается в разы с каждым годом и вскоре может стать повсеместно распространённой практикой. С одной стороны это вопиющий произвол, нарушение законов и вторжение в частную жизнь, с другой стороны, законы большинства стран в этом моменте очень скользкие, плюс, например, на границе вы ещё не попали на территорию страны, поэтому и законы защищающие вашу частную жизнь ещё могут не действовать. В общем, «отжать мобилу» у вас смогут в подавляющем большинстве случаев. В журнале Хакер есть отличная статья обозревающая эту проблему. Если по каким-либо причинам вас задержит полиция, то все ваши электронные устройства также будут изъяты и, как и на границе, могут быть незаметно для вас пробэкдорены.

Постановка задачи

Итак, представим ситуацию, мы – злоумышленник, получивший на некоторое время в свои руки смартфон. Устройство – смартфон на базе android с разблокированным загрузчиком. Устройство имеет встроенное шифрование хранилища, его тип – аппаратный, т.е. ключи хранятся в TEE. Устройство заблокировано, для разблокировки необходимо ввести пин-код. Причём устройство находится в BFU (before-first-unlock) состоянии, это значит, что после включения устройства код разблокировки не вводился ни разу и файловая система зашифрована. На устройстве не включен режим отладки и подключиться по adb к нему невозможно. В нём содержатся данные, которые нам необходимо изъять. Устройство нужно будет вернуть владельцу, неповреждённое, в рабочем состоянии, причём владельцу не должно бросаться в глаза что его устройство было скомпрометировано.

Звучит как невыполнимая задача, и так бы оно и было, если бы нам любезно не открыл дверь сам владелец. Современные смартфоны очень хороши с точки зрения безопасности. Возможная поверхность атаки у них крайне мала. В последних версиях ОС android сделано очень многое для защиты данных пользователей. Защита системы выстроена в несколько уровней. Данные шифруются, подписи проверяются, ключи хранятся аппаратно. Везде используется подход «least privilege» – запрещено всё что не разрешено. Приложения работают в рамках серьёзных ограничений. Можно смело утверждать, что современные смартфоны являются одними из лучших примеров безопасных устройств, которые создавал человек.

Если пользователь не совершает явно странные действия вроде скачивания странных apk со странных ресурсов и не выдаёт им явно руками привилегий администратора устройства, то навредить пользователю или украсть его данные довольно затруднительно. И даже эти проблемы являются скорее не дырами в безопасности системы, а следствием свободы, которую android предоставляет пользователям, однако не все распоряжаются ей правильно. Прошли времена, когда безопасность android была поводом для шуток. На сайте известного брокера эксплоитов, компании Zerodium, FCP — full-chain with persistence или полная цепочка удалённой эксплуатации устройства с закреплением в системе в настоящий момент является самым дорогим эксплоитом, за который компания готова выложить до двух с половиной миллионов долларов.

Разблокированный загрузчик роняет уровень сложности этой задачи от невозможного до тривиального. Почему-то тема опасности открытых загрузчиков поднимается довольно редко, и, мне кажется, её значимость здорово недооценена, поэтому давайте разбираться.

Код с примером будет приведён довольно упрощённый и не в самом изощрённом варианте, но рабочий и явно демонстрирующий то, как именно это работает.

Все действия я проводил на устройствах на OnePlus 5T (он же dumpling по принятой в android device tree классификации) на стоковой OxygenOS и LineageOS с версиями соответствующими android 9 и 10, и XiaomiMI6 (он же sagit). Из-за этого некоторые нюансы структуры разделов, и выводы некоторых команд у вас могут отличаться, но общая суть происходящего не изменится.

Я буду часто ссылаться на ресурс source.android.com. Это примерно тоже самое что и developer.android.com но не для разработчиков приложений, а для разработчиков устройств. Там хорошо описана работа ОС, системных компонентов, и т.д. Очень рекомендую, вряд ли где-то можно найти более структурированную информацию по устройству системы.

Что же плохого происходит когда загрузчик разблокируется?

Загрузка системы начинается с загрузчика. Загрузчик – это небольшой бинарный компонент, который запускается непосредственно чипсетом и отвечает за загрузку и запуск ядра. Если в настольных дистрибутивах linux мы привыкли в основном к загрузчику grub, то на android смартфонах у нас загрузчиком является aboot. Процесс загрузки происходит следующим образом:

Таблица хэшей dm-verity

Весь этот процесс называется boot flow и отлично проиллюстрирован здесь:

У загрузки с avb может быть 4 конечных состояния, условно обозначаемых цветами:

Задача механизмов avb и dm-verity убедиться в том, что загружаемые ядро и система не были изменены и дошли до устройства пользователя в таком виде в каком их выпустил производитель устройства. Если пользователь решил установить root-права или альтернативную сборку ОС, то он неминуемо нарушит хэши партиций и чтобы система могла продолжить работу а не уходила сразу в «красное состояние» в котором откажется загружаться, ему придётся разблокировать загрузчик и с точки зрения avb перевести устройство в «оранжевое состояние» где android будет закрывать глаза на модификации системы. Этим пользуются и инструменты для получения root, и сторонние сборки, этим могут воспользоваться и злоумышленники, этим воспользуемся и мы.

Логическим следствием перехода в «оранжевое состояние» и отключения avb является возможность загружать образы с ядром не подписанные производителем устройства. Среди любителей модифицировать android самым популярным проектом такого рода является «Team Win Recovery Project» или просто TWRP. TWRP позволяет делать с устройством практически всё, в частности монтировать и модифицировать любые разделы не загружаясь в саму систему непосредственно. Именно эта возможность нам будет нужна для нашей задачи, но для начала надо разобраться с тем, как именно данные пользователя хранятся на устройстве.

Как устроено хранилище

Если мы посмотрим на структуру разделов на хранилище смартфона, то увидим что их на устройстве довольно много.

Большинство из них небольшие, и содержат, например, логотип производителя девайса, который отображается сразу после подачи питания на плату устройства. Есть раздел содержащий прошивку, работающую на baseband процессоре и отвечающую за мобильную связь, звонки и интернет по стандартам 2G, 3G, LTE и т.д. Есть разделы содержащие BLOBы необходимые для работы с некоторыми устройствами. Нас будет интересовать всего несколько разделов, содержание которых монтируется в файловую систему и напрямую используется во время работы ОС:

Данные приложений, «internal storage», находятся по пути /data/data. В этой директории сложены директории-песочницы отдельных приложений, соответствующие их полным именам пакетов. Например:

drwx—— 8 u0_a69 u0_a69 4096 2021-01-29 13:31 com.google.android.youtube

Общее хранилище, «external storage», находится по пути /data/media/0, внешние SD-карты соответственно будут называться /data/media/1. Во время работы оно линкуется в /storage.

Как устроено шифрование хранилища

Для начала разберёмся как устроено шифрование хранилища, потому что это самое труднопреодолимое препятствие для изъятия данных. Шифрование применяется на уровне файловой системы. Существует два основных подхода к организации шифрования:

До первого ввода кода разблокировки данные пользователя всегда зашифрованы, после первого ввода – всегда расшифрованы. Даже когда пользователь в дальнейшем нажимает кнопку питания или система сама уходит в сон, то данные, с точки зрения ОС, больше не переходят в зашифрованное состояние, теперь их защищает только экран блокировки. В android пока не предусмотрен механизм очищения ключей для расшифровки файловой системы из памяти после определённого периода неактивности.

Это значит, что если после того, как устройство было разблокировано хотя бы однажды подключиться к нему, например по adb, то пользовательские данные будут доступны и можно получить к ним доступ даже если экран заблокирован.

Вот так выглядит общее хранилище до первого ввода кода разблокировки:

# ls -la /data/media/0/
total 100
drwxrwx— 13 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:45 .
drwxrwx— 4 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 ..
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 3aIg6706qnt+JRerXQc,9B
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 5RxSnwRfzXH5JsgykyuneB
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 9QCg2626EAEHNRc,IpjzjC
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 XLrhnulSzxYVPwgkHhs8YC
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:45 ZC6kM5uXi6,coHL+OYgLCB
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 kJJ0DN8Tmhcs7hicwcEZ3A
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 mPaCm6PJHF9,MyimVTRozC
drwxrwxr-x 3 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 qIkgta78EOvsfnjupFXQ+C
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 uAP,C13tjXpxdP8PWVeMRD
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 v33cOjp,wu+hlgBIWnQdjB
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 xxjD9tk7bDh9XZUzoDwMbB

А вот так после:

# ls -la /data/media/0/
total 100
drwxrwx— 13 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:45 .
drwxrwx— 4 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 ..
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Alarms
drwxrwxr-x 3 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Android
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 DCIM
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Download
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Movies
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Music
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Notifications
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Pictures
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Podcasts
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:43 Ringtones
drwxrwxr-x 2 media_rw media_rw 4096 2021-01-29 10:45 bluetooth

На самом деле, шифрование хранилища – самая трудно преодолимая часть нашей задачи по извлечению данных. Обойти шифрование с ключами в аппаратном ТЕЕ никак не представляется возможным, но зато из этой информации следует несколько полезных выводов, а наша задача начинает формироваться в конкретные технические требования.

Это подводит нас к мысли о том, что можно воспользоваться возможностью модифицировать никогда не шифруемую часть системы, внедрить в неё агента, который никак не затронет и не испортит зашифрованные данные, а в последствие даст нам доступ к ней после того как устройство будет возвращено пользователю и он сам первый раз введёт код разблокировки. Поскольку пользователь явно не будет вводить код разблокировки подключив устройство к нашему usb кабелю или находясь в нашей локальной сети, то использование adb нам не подходит и необходимо организовать удалённый доступ в формате reverse-shell.

Получение удалённого доступа

Для android существует популярная полезная нагрузка в Metasploit фреймворке которая теоретически может дать нам удалённый доступ к устройству – android/meterpreter/reverse_tcp, однако с ней есть проблемы:

Для того, чтобы агент мог без проблем поддерживать себя постоянно запущенным, не отсвечивать в операционной системе и не попадать под регулирования и ограничения для установленных приложений, необходимо оформить его в виде системного сервиса — демона.

Для того, чтобы понять как именно это сделать, нужно вернуться к процессу загрузки системы, однако теперь мы верхнеуровнево рассмотрим оставшуюся её часть происходящую сразу после рассмотренного в начале boot flow, т.е. когда загрузчик загрузил раздел boot, отработал механизм verified boot и система получила добро на запуск:

Судя по всему, для внедрения в систему в качестве демона нам потребуется подготовить исполняемый файл с полезной нагрузкой и описать системный сервис, который будет его вызывать.

Исходный init.rc импортирует дополнительные скрипты из нескольких директорий, в том числе и основного источника этих скриптов из системного раздела: /system/etc/init/.rc, поэтому мы подготовим свой скрипт и поместим его туда.

Синтаксис .rc скриптов несложный, он хорошо описан здесь, а ещё можно подглядеть в то, как именно он устроен просто заглянув в файлы в вышеупомянутой директории.

Подготовим описание нашего сервиса:

service revshell /system/bin/revshell
disabled
shutdown critical

on property:sys.boot_completed=1
start revshell

Укажем название сервиса revshell.

Путь к исполняемому файлу будет лежать в стандартной директории для бинарников в android. Агента мы поместим именно туда.

disabled означает то, что его не нужно загружать непосредственно в процессе загрузки системы сразу после обработки скрипта. Мы будем стартовать сервис специальным триггером, который ориентруется на объявление проперти sys.boot_completed.

shutdown critical означает то, что сервис критический и не должен убиваться даже при подаче сигнала о выключении системы.

План таков: система запустит нашего агента при загрузке до попадания на экран ввода кода разблокировки. Агент ожидает расшифровки файловой системы. После того как владелец устройства введёт код разблокировки, агент запускает reverse-shell и предоставляет нам доступ в систему с возможностью достать любые файлы.

На системный сервис не распространяются правила OOM-киллера и правила энергосбережения, он не будет остановлен если в системе заканчивается память, или она уснёт. В случае завершения процесса сервиса по любой причине, система будет его рестартовать не позднее чем через 5 секунд. Даже в случае если сервис не может запуститься и его процесс падает, система никогда на бросит попыток его запустить и будет продолжать делать это пока продолжает работать.

Выглядит как раз как то что нам нужно, однако тут нашим ожиданиям суждено встретиться с суровыми реальностями организации безопасности в android. Если мы попытаемся установить сервис подобным образом, то система его проигнорирует, а dmesg сообщит нам что-то похожее на это:

SELinux

Безопасность в android устроена сложнее чем хотелось бы злоумышленникам и представляет из себя многослойную систему. Unix DAC (discretionary access control), привычная нам система пользователей и назначения прав на файлы типа rwxrwxrwx является лишь частью мер по предотвращению злоупотребления операционной системой и устройством. Помимо неё есть ещё MAC (mandatory access control), в android это SELinux (Security Enhanced Linux). Суть MAC в возможности намного более гибко управлять доступом к различным ресурсам чем DAC, в том числе описывая для этого свои уникальные сущности и правила.

Уровни контроля доступа в android

Отсюда следует несколько неочевидный ранее вывод – на android root-права в привычном для других дистрибутивов linux понимании, т.е. когда uid пользователя в системе равен 0, вовсе не означают что мы можем делать всё что угодно. Несмотря на то, что процесс init запущен с uid=0, он не может запустить сторонний сервис. Дело в том что SELinux не оперирует понятиями системных пользователей и групп, и если какое-то действие не было явно разрешено, то он его запретит и ему безразлично пытается ли его совершить непривилегированный пользователь или root. Он работает «выше» DAC и может запретить любое действие, которое DAC разрешил.

Вот отличный пример в android с самим файлом, содержащим политики SELinux:

$ ls -laZ /sys/fs/selinux/policy
-r—r—r— 1 root root u:object_r:selinuxfs:s0 0 1970-01-01 03:00 /sys/fs/selinux/policy
$ cat /sys/fs/selinux/policy
cat: /sys/fs/selinux/policy: Permission denied

На нём стоит доступ для чтения для любых пользователей, но при попытке прочитать его мы получим Permission denied, потому что ни для процессов с контекстом u:r:shell:s0, ни для процессов с контекстом u:r:untrustedapp:s0 нет разрешения на чтение файлов u:objectr:selinuxfs:s0.

SELinux оперирует понятиями контекстов, которые присваиваются файлам и процессам, и правил взаимодействия между объектами принадлежащим разным контекстам. Наборы этих правил объединяются в политики. Они описываются в файлах *.te  в исходниках android, можно посмотреть примеры вот тут. Политики собираются на этапе сборки системы и, теоретически, не могут изменяться во время её работы, они компилируются в специальный бинарный формат, который уже использует система.

Контекст SELinux на процессах и файлах можно посмотреть, добавив к выполняемой команде флаг -Z. Например, для просмотра контекстов на файлах в текущей папке можно вызвать команду ls -laZ, а на процессах, соответсвенно, ps -efZ.

Как было упомянуто выше в секции про процесс загрузки системы, первое действие которое совершает процесс init – загружает и применяет политики SELinux, а одна из первых применяемых политик заключается в том что процессу с контекстом u:r:init:s0 запрещается делать transition в другой контекст. Политики SELinux специально строятся по принципу «запрещено всё что не разрешено», и создатели операционной системы, разумеется, позаботились о том, чтобы злоумышленник получивший возможность прописать запуск какого-то сервиса в автозапуск не смог это сделать. Контекст процесса init организован таким образом что он может запустить только те системные сервисы, для которых явно прописано разрешение на запуск во время загрузки системы, и после сборки системы это изменить нельзя.

SELinux может работает в трёх режимах:

В нормально работающей системе android версии от 5.0 SELinux всегда будет в режиме enforcing. Если по каким-то причинам он будет переведён в режим permissive, то пользователю ещё до ввода кода разблокировки покажут большое страшное уведомление об этом и о том что его система небезопасна. Мы точно не имеем права переводить SELinux в permissive режим, потому что это выдаст пользователю факт модификации его устройства, и он может предпочесть уничтожить данные.

В каждой версии android, начиная с 5 политики SELinux сильно ужесточаются и всё меньше и меньше всего остаётся разрешённым. Иронично, но начиная с android 8 даже если прошить в системный раздел исполняемый файл su и сделать его системным и принадлежащим root:root, он не сможет работать без специально назначенных ему политик.

Тем не менее инструменты для получения root-прав существуют, и они умеют обходить ограничения MAC, работать на самых свежих версиях android и даже на устройствах, которые помимо них дополнительно имеют отдельные механизмы контроля целостности системы (например устройства Samsung). Так как же тогда работает root в современных реалиях?

Как работают root-права?

Когда то, для установки root-прав достаточно было перемонтировать раздел system в режим чтения-записи и скопировать туда исполняемый файл su. Затем появилась необходимость думать также и о политиках SELinux, и об AVB. Сегодня для получения root-прав можно выделить два основных подхода, которые можно условно назвать «легальным» и «нелегальным».

Легальные root-права и LineageOS

На отладочных типах сборок отсутствует исполняемый файл su, а получение легального root-доступа на них осуществляется с помощью перезапуска демона adbd с помощью команды adb root. Технически это реализовано в виде простого условия в коде adb. При запуске демон adb всегда стартует от root, но в определённый момент дропает свои привилегии до shell. На нерелизных сборках получив команду adb root он не понижает свои привилегии до shell, а пользователь получает возможность полноценно работать от пользователя root. Специально для того, чтобы adb мог таким образом предоставить полноценный доступ к системе существует специальный контекст u:r:su:s0, который собирается и включается в политики если сборка не является релизной. Он до конца разрешает процессу adb всё что в обычном случае было бы запрещено SELinux.

Похожим образом «легально» root-права получает addonsu, который поставлялся вместе с LineageOS до версии 16 включительно (сейчас он deprecated). Он использует подход с записью исполняемого файла su в директорию /system/bin в разделе system, а также с демоном, который обладает заготовленным контекстом SELinux и может запускаться и останавливаться в зависимости от настроек системы и предоставлять доступ к оболочке с правами root если это разрешит делать пользователь. Тем не менее, с технической точки зрения, подход используется тот же самый. Разработчики LineageOS специально закладывают в исходный код правила для addonsu, они не знают, будет ли владелец пользоваться им или нет, но если всё-таки будет, то файлу su будут нужны эти политики, поэтому их вносят в *.te файлы в исходный код.

$ adb shell
$ su
# id
uid=0(root) gid=0(root) groups=0(root) context=u:r:sudaemon:s0

$ adb root
adbd cannot run as root in production builds

Мы не можем полагаться на то, что телефон с разблокированным загрузчиком будет и содержать LineageOS, и иметь включённый режим adb, к тому же контексту u:r:init:s0 запрещён transition в контекст u:r:su:s0, поэтому закрепиться в качестве системного демона подобным образом всё равно не получится, а значит для извлечения данных нам необходимо воспользоваться другим подходом.

Нелегальные root-права и magisk

Я назвал предыдущий подход к получению root-прав «легальным», потому что всё необходимое для этого было намеренно заложено в систему на этапе сборки. Совершенно иной подход использует инструмент для получения root-прав magisk, ставший, де-факто, стандартным инструментом для этих целей в сообществе любителей android. Magisk устанавливается на любые устройства, на любые сборки, на любые версии android, и не только на отладочные варианты сборки, но и на релизные, и даже на те устройства, на которых применяются дополнительные защиты от несанкционированного получения root-прав. Magisk по полной эксплуатирует разблокированный загрузчик и, по сути, совершает настоящий изощрённый взлом за что и будем его называть его «нелегальным». Для нас наиболее важно то, что magisk, по сути, делает всё тоже что хотим сейчас сделать мы. Он закрепляется в системе также, как хотим закрепиться мы, а значит, похоже, что нам с ним по пути.

Для начала постараемся выяснить как magisk получает root-права в рантайме. На устройстве выполняем:

Я сократил вывод команды ps только до тех значений, которые нас интересуют.

Во-первых, мы видим что magisk имеет специальный контекст для своих процессов — u:r:magisk:s0. Наша оболочка с root-правами имеет терминал pts/1 и запущена с этим контекстом. Это явно не встроенный в систему контекст, а значит magisk смог его отредактировать и внедрить дополнительные правила перед запуском процесса init. Поскольку, наши root-права работают, и мы действительно можем делать в системе всё что угодно, контекст u:r:magisk:s0 должен иметь как минимум все те же разрешения, которые прописаны для u:r:su:s0, а может и больше.

Во-вторых, magisk имеет свой демон запущенный в системе – magiskd, он породил наш процесс с рутовым шеллом, а значит именно через него magisk и даёт другим процессам доступ с оболочке с root-правами, этот демон (PID 658) порождён процессом init (PPID 1), т.е. запущен как системный сервис. Демон также работает в контексте u:r:magisk:s0.

Мы подключились по adb и получили шелл на устройстве, терминал pts/0. Видно что процесс sh имеет контекст u:r:shell:s0, PID 5473 и PPID 956 который равен значению PID adbd, а сам adbd уже был порождён процессом init.

Мы вызываем исполняемый файл su и видим что его контекст – u:r:magisk_client:s0, следовательно magisk использует отдельный контекст для того, чтобы знать какие именно исполняемые файлы могут запрашивать доступ к root-правам. Исполняемый файл провоцирует открытие окна подтверждения доступа к root-правам для обычного shell, оно находится в пакете приложения MagiskManager — com.topjohnwu.magisk, получив результатат magiskd (PID 658) породил нам нашу оболочку sh с новым терминалом pts/1 (PID 5708, PPID 658), от которой мы отнаследовали и пользователя root (uid=0), и всемогущий контекст u:r:magisk:s0.

Для нас интересно вот что: если init запускается со своим ограниченным со всех сторон контекстом u:r:init:s0 из которого разрешены transition’ы только в прописанные в *.te файлах контексты для системных служб, а демон маджиска имеет контекст u:r:magisk:s0, значит magisk смог внедрить правило разрешающее прямой transition из u:r:init:s0 в u:r:magisk:s0. Это значит что и мы можем использовать контекст u:r:magisk:s0 в своём сервисе!