Linuxのカーネルモジュールの整合性検証の仕組み

Linuxでは、カーネルのモジュールをロードしようとした際に、カーネルモジュールの整合性の検証が行われます。整合性の検証には、vermagicが使用されていると記憶していたのですが、最近のLinuxではmodversionsによる検証が行われているようです。
このmodversionsによる整合性の検証について調査した内容を備忘録としてまとめておきます。

注意点
本内容にあるカーネルモジュールのロードには予期せぬ挙動を示す可能性がありますので、必ず自己責任の元で作業してください。

環境

ディストリビューション
Ubuntu 12.04.2 LTS
カーネルバージョン
3.5.0-27-generic、3.5.0-23-generic
調査対象カーネルモジュール
net/ipv4/tcp_bic.ko

vermagicによる整合性検証
従来のvermagicによる検証では、カーネルコンパイル時に設定されている主な設定値を文字列化したものを使用します。この文字列は、include/linux/vermagic.hで定義されています。

#define VERMAGIC_STRING         \
	UTS_RELEASE " "      \
	MODULE_VERMAGIC_SMP MODULE_VERMAGIC_PREEMPT \
	MODULE_VERMAGIC_MODULE_UNLOAD MODULE_VERMAGIC_MODVERSIONS   \
	MODULE_ARCH_VERMAGIC

UTS_RELEASEについては、include/generated/utsrelease.hを参照してください。
その他の値は、vermagic.hおよびカーネルコンパイル時の設定値を参照してください。

カーネルモジュールに組み込まれているvermagicの値は、modinfoコマンドで確認することができます。

root@bit:/lib/modules/3.5.0-27-generic/kernel/net/ipv4# modinfo ./tcp_bic.ko			
filename:       ./tcp_bic.ko
description:    BIC TCP
（中略）
vermagic:       3.5.0-27-generic SMP mod_unload modversions 
（中略）

カーネルコンパイル時に、CONFIG_MODVERSIONSという設定値が有効になっていた場合、MODULE_VERMAGIC_MODVERSIONSの値が”modversions “となり、VERMAGIC_STRINGに埋め込まれ、modversionsによる整合性検証が行われます。

modversionsによる整合性検証
modversionsによる整合性検証では、カーネルコンパイル時にカーネル内の各関数のシンボル情報についてCRCが計算されます。カーネルモジュールに保持されている、モジュール内からコールしているカーネル内の関数のCRCと、動作しているカーネル内の関数のCRCが一致していない場合、エラーとなりロードすることができません。

例えば、3.5.0-27-genericのカーネル上で、3.5.0-23-genericのtcp_bic.koをロードしようとすると、以下のようなエラーメッセージが出力されます。

tcp_bic: disagrees about version of symbol module_layout

各モジュール内に保持されているCRCについてはmobprobeコマンドの–dump-modversionsオプションで確認することができます。
試しに3.5.0-27-genericと3.5.0-23-genericそれぞれのtcp_bic.koのCRCを確認してみると、一致していない関数があることが分かります。

3.5.0-27-generic

	0x942dc435	module_layout
	0x15692c87	param_ops_int
	0x013e3de7	tcp_unregister_congestion_control
	0x077901d4	tcp_register_congestion_control
	0x419aeae2	tcp_slow_start
	0x98b3a4a2	tcp_is_cwnd_limited
	0xa3cea371	tcp_cong_avoid_ai
	0x7d11c268	jiffies
	0xb4390f9a	mcount

3.5.0-23-generic

	0xa8c16cf3	module_layout
	0x15692c87	param_ops_int
	0x101ef2f3	tcp_unregister_congestion_control
	0xafd4cb2e	tcp_register_congestion_control
	0xcd2f8049	tcp_slow_start
	0x445a9f63	tcp_is_cwnd_limited
	0x59d6fa35	tcp_cong_avoid_ai
	0x7d11c268	jiffies
	0xb4390f9a	mcount

ここで、3.5.0-23-genericのtcp_bic.ko内のCRCの値を、3.5.0-27-genericの値と一致させることでモジュールがロードできないか試してみました。
一致していない関数は以下なので、3.5.0-23-genericのtcp_bic.koをバイナリエディタで編集し、3.5.0-27-genericと一致させてみました。

	module_layout
	tcp_unregister_congestion_control
	tcp_register_congestion_control
	tcp_slow_start
	tcp_is_cwnd_limited
	tcp_cong_avoid_ai

vermagicの値は3.5.0-23ですが、CRCは3.5.0-27と一致しています。

root@bit:/lib/modules/3.5.0-27-generic/kernel/net/ipv4# modinfo ./edit_tcp_bic.ko 
filename:       ./edit_tcp_bic.ko
description:    BIC TCP
（中略）
vermagic:       3.5.0-23-generic SMP mod_unload modversions 
（中略）
root@bit:/lib/modules/3.5.0-27-generic/kernel/net/ipv4# 
root@bit:/lib/modules/3.5.0-27-generic/kernel/net/ipv4# modprobe --dump-modversions ./edit_tcp_bic.ko 
	0x942dc435	module_layout
	0x15692c87	param_ops_int
	0x013e3de7	tcp_unregister_congestion_control
	0x077901d4	tcp_register_congestion_control
	0x419aeae2	tcp_slow_start
	0x98b3a4a2	tcp_is_cwnd_limited
	0xa3cea371	tcp_cong_avoid_ai
	0x7d11c268	jiffies
	0xb4390f9a	mcount

このedit_tcp_bicをロードすると以下のメッセージが表示され、ロードできたことが確認できます。

	TCP: bic registered

異なるバージョンのカーネルモジュールをロードしたいという状況は稀だと思いますが、ちょっと実装を変えてみたので、試してみたいという場合には使えるかもしれません。
但し、予期せぬ挙動を示す可能性がありますので、必ず自己責任の元で作業してください。

※実行中のカーネルのCRCは、以下のファイル内に保持されています。

/lib/modules/`uname -r`/build/Module.symvers

参考URL

http://d.hatena.ne.jp/enakai00/20110509/1304910773

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