Trusting-Trust Attack against an Entire Linux Distribution through Binary Manipulation
Julien Malka, Aman Sharma, Martin Monperrus, Stefano Zacchiroli, Théo Zimmermann
cs.CR, cs.SE
2026-07-27
Télécom Paris 与 KTH 在真实 NixOS 引导里证明：种子里一条被改的 GNU strip，用纯 ELF 改写即可自我繁殖；图形安装器 3791 个 CLI 二进制中 3790 个带后门，构建与功能测试零失败。
开源社区常把「源码公开、眼睛够多」当成后门的克星。Ken Thompson 1984 年图灵奖演讲指出，这条信念有一个编译器级别的盲区：被篡改的编译器能在干净源码上继续给自己和敏感程序植入后门，源码里什么都看不到。这个构造后来被叫作 trusting-trust（信任信任）攻击。Thompson 自己做过原型，但公开文献里几乎没有人把它在生产级 Linux 发行版的完整引导链上跑通。一个实际障碍是，恶意编译器必须认出自己的源码才能续命，源码一改，后门就可能断代。
圈子里默认这是编译器的事。Télécom Paris 和 KTH 的这条工作把载体换成 GNU strip：binutils 里一个后期处理工具，既不读源码也不生成源码，只是从已经编好的 ELF 里丢掉符号。NixOS 的通用构建器在 fixup 阶段默认对安装产物跑 strip，所以它碰得到发行版里绝大部分可执行文件。他们要证明的是：只要引导种子里有一条被改过的 strip，载荷就能跨代活到最终标准环境，并写进几乎所有下游二进制。源码审计看不见，配方也干净。
威胁模型故意收得很窄。攻击者只能替换引导种子里的一个可执行文件，不能改发行版配方，也不能改任何包的源码。这个能力对应种子在进发行版之前被污染：构建或发布种子的机器被拿下，或者一次被批准的种子更新。Nixpkgs 的种子大约二十个预编译程序，C 编译器、binutils、C 库、bash 和 coreutils 都在里面。标准环境（stdenv）要从这撮二进制里把自己重建出来，binutils 因而 strip 会从源码编不止一次。评估用的 revision 上，stage 1 和 stage 4 各编一次。
自繁殖要三条同时成立。C1：种子里已经信任这个工具。C2：旧代会改写新代的二进制表示。C3：改完的新代接着履行同一角色。strip 三条都占。论文把 C3 叫 successor edge，载荷沿这条边跨代，种子离开依赖闭包之后仍然活着。
植入全程是 ELF 级变换，三步都是加法，原程序字节一个不动：
载荷写成 freestanding 程序：不链 libc，不用宿主动态符号，直接打系统调用。原因很具体，同一段字节要打进依赖完全不同的可执行文件，宿主什么都不能指望。它跑在普通 start 之前，所以必须自己保存内核交给进程的寄存器，按 x86-64 调用约定对齐栈，干完再跳回宿主原来的入口。进程 PID、文件描述符、信号上下文保持原样。
运行时读环境变量 NIXBUILDTOP。在 Nix 构建沙箱里保持安静，避免功能测试被一行多余输出搞挂；出了沙箱才执行恶意动作。原型里这个动作是往标准输出写一行固定感染标记。论文写明，它可以换成后台偷凭证或 token。只有当前进程的 basename 真的是 strip 时，才对命令行里合格的 ELF 参数做同样植入。普通被感染程序只跑载荷、不继续扩散。
他们比较过另一种 wrapper 架构：种子里的 strip 整文件换成外壳，外壳内嵌一份真正的 strip，调用时先跑拷贝再改命令行文件。外壳能在 strip 前后任意插手，还能改环境，甚至把 strip 换成完全不相干的程序。最终没用它，理由是外形已经不像 strip，而且必须自己复现调用约定，一个偏差就可能毁掉某个包的构建。parasite 把控制权交回原程序，构建行为几乎原样继承。
实验钉在 nixpkgs revision fef9403a3e4d，引导用 GNU binutils 2.44，架构 x8664-linux。目标包集合是图形安装 ISO，大约 2000 个包，用来代表发行版的宽度。
| 方法 / 范围 | 指标 | 结果 |
| 被篡改的种子 | 构建失败 | 0，完整图形 ISO 打出 |
| 引导后闭包 | 包输出 / 用户可调用 ELF | 1,199 / 3,799 |
| 闭包体积 | 磁盘 / 中位包 | 6.16 GB / 0.39 MB |
| CLI 可调用二进制 | 打印感染标记 | 3,790 / 3,791 |
| NixOS 图形镜像测试套件 | 功能失败 | 0 |
3,799 个用户可调用 ELF 里，3,791 个能当命令行程序跑。其中 3,790 个正常调用就会打出感染标记。唯一漏网的是 firefox 147.0.3，配方显式传了 --disable-strip --disable-install-strip，整个 strip 阶段被关掉，跟注入器失不失效无关。
语言覆盖按论文抽样：C/C++ 的 bash、git、sudo、curl、python3.13，Python 的 pydoc 和 idle，Rust 的 rsvg-convert，Go 的 captree，Lua 解释器，全部带标记。功能测试在完整 NixOS 虚拟机里跑图形工作流，包括从零安装。会话里的 gnome-shell、mutter、nautilus 和 GNOME 控制中心同样由被改过的 strip 构建，测试套件没有因此挂掉。
核心判断很短：信任信任攻击靠的是 successor edge，不是「这个工具会编译」。strip 处理的是编完的 ELF，覆盖面比 gcc 更宽，跟源语言无关。
对发行版和供应链安全，这意味着两件已经在用的防御对不上这个空档。Wheeler 的 diverse double-compiling（多样双重编译）用第二套独立编译器重编编译器并比对结果，diversify 的是编译器，两边共用的 strip 会把植入对消。可复现构建证明同一配方吐出同一比特；种子若同样被污染，独立重编会得到同一份带后门的二进制，检查照样绿灯。in-toto 一类步骤证明也看不见，因为每一步都按配方诚实执行了，只是配方信任的那个二进制从一开始就是坏的。Guix 把编译器种子缩到几百字节的 full-source bootstrap，如果后期工具没有一并从可审计源码重建，strip 这类载体仍然能续命。
论文还扫了通用构建器默认阶段按短名调用的大约四十个工具。同时满足 C1–C3 的，除了 strip 还有 patchelf，两者都在 fixup 阶段跑，包括跑到自己的重建。install 和 cp 走 make install 时也可能闭合 successor edge，但这条边取决于各包 Makefile，不算普遍。tar、sed、make 这类工具根本不写程序二进制，带不了这套载荷。
维护者能动手的位置很具体：种子的发布与钉死流程，以及 fixup 里所有会改写 ELF 的工具。只审计 gcc 源码，挡不住这条。
作者列了注入器的硬假设：小端 ELF，至少一条闲置 PTNOTE，目标是 ETEXEC 或带解释器的 ETDYN。共享库、其他架构、没有解释器的 static PIE、没有合适 note 段的二进制，当前实现都排除。论文承认这不是原理上限，是演示刻意压复杂度。
实现绑在 NixOS 的引导图和「默认跑 strip」上。别的发行版引导过程不同，strip 不一定出现在默认构建路径里，不能原样搬。模式本身要求构建图里存在 successor edge，这条边不在，载荷会在种子离开闭包时消失。
原型故意好查。可见的感染标记、.payload 这个段名、按 basename 判断是不是 strip，都是实验埋点，不是繁殖模式的必要条件。评估把每个包都感染，是为了测覆盖上限。论文同时写明，真实攻击者可以让载荷长期休眠，只传染下一代 strip，几年后再打真正目标，检测会难得多。
实验只覆盖 x8664-linux 上一个 nixpkgs revision、一套图形安装器。3,799 个 ELF 里那 8 个「用户可调用但非 CLI」的感染情况没有单独报告。firefox 这条例外说明关掉 strip 就能出圈，发行版里还有多少配方这么做，论文没有普查。