Linux est un interpréteur

• Définit l’initrd comme une unité de programme que le noyau interprète et exécute directement, et réinterprète Linux comme une sorte d’interpréteur
• Construit une distribution Linux récursive qui redémarre sur elle-même à l’aide de kexec, base64 et cpio, l’initrd se réexécutant lui-même
• Si le script /init est configuré pour afficher sa propre image cpio, on obtient un initrd auto-répliquant de type Quine
• Explique, via la structure d’exécution ELF, ld.so et binfmt_misc, une hiérarchie d’interpréteurs qui se prolonge jusqu’au noyau
• En utilisant kexec ou QEMU, il devient possible d’exécuter récursivement un autre Linux au-dessus de Linux de manière tail-récursive, étendant expérimentalement les frontières entre noyau, virtualisation et interpréteur

---

Rétro-ingénierie de rkx.gz et structure d’un initrd auto-récursif

• La commande curl https://astrid.tech/rkx.gz | gunzip | sudo sh télécharge et exécute un script shell de 20 Mo encodé en base64
  • Le script vérifie les privilèges root et la présence de kexec, base64 et cpio
  • Il décode les données base64 pour créer une archive cpio nommée r, puis en extrait une image de noyau nommée k
  • Il utilise kexec pour charger et exécuter k comme noyau et r comme ramdisk
• À l’intérieur de r.cpio se trouvent /bin, /init et le fichier k, où k est une image du noyau Linux 6.18.18 et /init un script shell
  • /init monte /proc, regroupe ensuite le système de fichiers courant en cpio dans /r, puis relance /k et /r via kexec
  • On obtient ainsi une distribution Linux récursive qui redémarre continuellement sur elle-même

Le noyau Linux vu comme un interpréteur

• L’initrd n’est pas qu’un simple ramdisk de démarrage, mais peut être vu comme un programme que le noyau Linux interprète et exécute
  • Comme curl | sh ou python3 script.py, l’initrd est lui aussi une forme de programme d’entrée exécuté par le noyau
  • Le noyau Linux fonctionne donc comme un interpréteur de l’initrd
• Cette structure ressemble à une optimisation de récursion terminale (tail-call optimization)
  • kexec ne remplace pas le noyau précédent en l’écrasant, mais charge et exécute le nouveau dans un nouvel espace mémoire
  • Chaque noyau ne conserve pas l’état précédent et est remplacé par une nouvelle « stack frame »

Quine et auto-réplication de l’initrd

• Un Quine désigne un programme qui affiche sa propre source
  • Si le script /init exécute cat /r à la fin, il affiche un cpio identique à lui-même
  • Dans ce cas, on obtient un Quine de l’interpréteur initrd de Linux
  • Tous les fichiers existent en RAM sur tmpfs, donc aucune E/S disque réelle n’a lieu

ELF, ld.so et la hiérarchie des interpréteurs

• Un exécutable ELF inclut dans son en-tête le chemin de l’interpréteur (ld-linux-x86-64.so.2)
  • Lors de l’exécution, le noyau lance d’abord ld.so, puis ld.so charge les bibliothèques dynamiques de l’ELF avant d’exécuter le programme
  • On peut donc aussi voir ELF comme une sorte de langage interprété
• /bin/sh est interprété par ld.so, et ld.so est lui-même interprété directement par le noyau
  • ld.so étant un ELF lié statiquement, le noyau peut l’exécuter directement
  • Cela forme ainsi le cas de base de la hiérarchie des interpréteurs

Exécution de CPIO via binfmt_misc

• Avec binfmt_misc, il est possible d’exécuter via un interpréteur désigné des fichiers possédant des octets magiques spécifiques
  • Exemple de commande d’enregistrement :

    echo ':cpio:M::\x30\x37\x30\x37\x30\x31::/path/to/my/script.sh:' > /proc/sys/fs/binfmt_misc/register
    

  • Avec ce réglage, un fichier CPIO marqué avec chmod +x peut être exécuté directement
• On peut enregistrer comme interpréteur un script qui exécute un CPIO comme initrd via QEMU
  • QEMU démarre une machine virtuelle à l’aide du noyau et de l’initrd spécifiés
  • En conséquence, l’interpréteur du fichier CPIO devient le noyau Linux lancé par QEMU

Interpréteurs récursifs et « la boucle la plus étrange »

• Un interpréteur fondé sur QEMU crée une nouvelle stack frame d’environnement Linux
  • Dans cette structure, Linux en exécute un autre, et l’imbrication peut se poursuivre jusqu’aux limites de la mémoire
  • En le remplaçant par un interpréteur fondé sur kexec, on peut obtenir une exécution récursive de Linux avec optimisation d’appel terminal
• Si l’on enregistre binfmt_misc dans /init puis qu’on configure l’exécution de /r, on obtient un initrd qui s’exécute lui-même
  • /r est le prochain processus init au format CPIO et, lors de son exécution, il se réinterprète à nouveau

Conclusion

• L’initrd n’est pas un simple outil de démarrage, mais une unité de programme interprétée par le noyau Linux
• Avec kexec et binfmt_misc, il devient possible d’exécuter Linux lui-même récursivement comme un interpréteur
• Cette structure est un concept expérimental qui brouille les frontières entre noyau, virtualisation, interpréteur et programme auto-répliquant
• Le code source associé est publié dans le dépôt GitHub ifd3f/rekexec