Linux Capabilities 入门教程:基础实战篇


管理文件的 capabilities

Linux Capabilities 入门教程:基础实战篇

管理文件的 capabilities

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    该系列文章总共分为三篇:

    上篇文章介绍了 Linux capabilities 的诞生背景和基本原理,本文将会通过具体的示例来展示如何查看和设置文件的 capabilities。

    Linux 系统中主要提供了两种工具来管理 capabilities:libcaplibcap-nglibcap 提供了 getcapsetcap 两个命令来分别查看和设置文件的 capabilities,同时还提供了 capsh 来查看当前 shell 进程的 capabilities。libcap-ng 更易于使用,使用同一个命令 filecap 来查看和设置 capabilities。

    1. libcap


    安装很简单,以 CentOS 为例,可以通过以下命令安装:

    $ yum install -y libcap
    

    如果想查看当前 shell 进程的 capabilities,可以用 capsh 命令。下面是 CentOS 系统中的 root 用户执行 capsh 的输出:

    $ capsh --print
    
    Current: = cap_chown,cap_dac_override,cap_dac_read_search,cap_fowner,cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_linux_immutable,cap_net_bind_service,cap_net_broadcast,cap_net_admin,cap_net_raw,cap_ipc_lock,cap_ipc_owner,cap_sys_module,cap_sys_rawio,cap_sys_chroot,cap_sys_ptrace,cap_sys_pacct,cap_sys_admin,cap_sys_boot,cap_sys_nice,cap_sys_resource,cap_sys_time,cap_sys_tty_config,cap_mknod,cap_lease,cap_audit_write,cap_audit_control,cap_setfcap,cap_mac_override,cap_mac_admin,cap_syslog,cap_wake_alarm,cap_block_suspend,cap_audit_read+ep
    Bounding set =cap_chown,cap_dac_override,cap_dac_read_search,cap_fowner,cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_linux_immutable,cap_net_bind_service,cap_net_broadcast,cap_net_admin,cap_net_raw,cap_ipc_lock,cap_ipc_owner,cap_sys_module,cap_sys_rawio,cap_sys_chroot,cap_sys_ptrace,cap_sys_pacct,cap_sys_admin,cap_sys_boot,cap_sys_nice,cap_sys_resource,cap_sys_time,cap_sys_tty_config,cap_mknod,cap_lease,cap_audit_write,cap_audit_control,cap_setfcap,cap_mac_override,cap_mac_admin,cap_syslog,cap_wake_alarm,cap_block_suspend,cap_audit_read
    Securebits: 00/0x0/1'b0
     secure-noroot: no (unlocked)
     secure-no-suid-fixup: no (unlocked)
     secure-keep-caps: no (unlocked)
    uid=0(root)
    gid=0(root)
    groups=0(root)
    

    解释一下:

    • Current : 表示当前 shell 进程的 Effective capabilities 和 Permitted capabilities。可以包含多个分组,每一个分组的表示形式为 capability[,capability…]+(e|i|p),其中 e 表示 effective,i 表示 inheritable,p 表示 permitted。不同的分组之间通过空格隔开,例如:Current: = cap_sys_chroot+ep cap_net_bind_service+eip。再举一个例子,cap_net_bind_service+e cap_net_bind_service+ipcap_net_bind_service+eip 等价。
    • Bounding set : 这里仅仅表示 Bounding 集合中的 capabilities,不包括其他集合,所以分组的末尾不用加上 +...
    • Securebits : 我也没搞清楚这是个什么鬼。

    这个命令输出的信息比较有限,完整的信息可以查看 /proc 文件系统,比如当前 shell 进程就可以查看 /proc/$$/status。其中一个重要的状态就是 NoNewPrivs,可以通过以下命令查看:

    grep NoNewPrivs /proc/$$/status
    
    NoNewPrivs:    0
    

    根据 prctl(2) 中的描述,自从 Linux 4.10 开始,/proc/[pid]/status 中的 NoNewPrivs 值表示了线程的 no_new_privs 属性。至于 no_new_privs究竟是干嘛的,下面我单独解释一下。

    no_new_privs

    一般情况下,execve() 系统调用能够赋予新启动的进程其父进程没有的权限,最常见的例子就是通过 setuidsetgid 来设置程序进程的 uid 和 gid 以及文件的访问权限。这就给不怀好意者钻了不少空子,可以直接通过 fork 来提升进程的权限,从而达到不可告人的目的。

    为了解决这个问题,Linux 内核从 3.5 版本开始,引入了 no_new_privs 属性(实际上就是一个 bit,可以开启和关闭),提供给进程一种能够在 execve() 调用整个阶段都能持续有效且安全的方法。

    • 开启了 no_new_privs 之后,execve 函数可以确保所有操作都必须调用 execve() 判断并赋予权限后才能被执行。这就确保了线程及子线程都无法获得额外的权限,因为无法执行 setuid 和 setgid,也不能设置文件的权限。
    • 一旦当前线程的 no_new_privs 被置位后,不论通过 fork,clone 或 execve 生成的子线程都无法将该位清零。

    Docker 中可以通过参数 --security-opt 来开启 no_new_privs 属性,例如:docker run --security-opt=no_new_privs busybox。下面通过一个例子来体会一下 no_new_privs 属性的作用。

    首先撸一段 C 代码,显示当前进程的有效用户 id:

    $ cat testnnp.c
    
    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
            printf("Effective uid: %d\n", geteuid());
            return 0;
    }
    
    $ make testnnp
    cc     testnnp.c   -o testnnp
    

    将可执行文件打入 docker 镜像中:

    FROM fedora:latest
    ADD testnnp /root/testnnp
    RUN chmod +s /root/testnnp
    ENTRYPOINT /root/testnnp
    

    构建镜像:

    $ docker build -t testnnp .
    Step 1 : FROM fedora:latest
     ---> 760a896a323f
    Step 2 : ADD testnnp /root/testnnp
     ---> 6c700f277948
    Removing intermediate container 0981144fe404
    Step 3 : RUN chmod +s /root/testnnp
     ---> Running in c1215bfbe825
     ---> f1f07d05a691
    Removing intermediate container c1215bfbe825
    Step 4 : ENTRYPOINT /root/testnnp
     ---> Running in 5a4d324d54fa
     ---> 44f767c67e30
    Removing intermediate container 5a4d324d54fa
    Successfully built 44f767c67e30
    

    下面来做两个实验,先在没有开启 no-new-privileges 的情况下启动容器:

    $ docker run -it --rm --user=1000  testnnp
    Effective uid: 0
    

    从输出结果来看,只要给可执行文件设置了 SUID 标识,即使我们使用普通用户(UID=1000)来运行容器,进程的有效用户也会变成 root。

    接着在开启 no-new-privileges 的前提下启动容器,以防止执行设置了 SUID 标识的可执行文件进行 UID 转换:

    $ docker run -it --rm --user=1000 --security-opt=no-new-privileges testnnp
    Effective uid: 1000
    

    可以看到,开启了 no_new_privs 属性之后,即使可执行文件设置了 SUID 标识,线程的有效用户 ID 也不会变成 root。这样即使镜像中的代码有安全风险,仍然可以通过防止其提升权限来避免受到攻击。

    Kubernetes 也可以开启 no_new_privs,不过逻辑稍微复杂一点。当 Pod 的 SecurityContext 定义下的 allowPrivilegeEscalation 字段值为 false 时(默认就是 false),如果不满足以下任何一个条件,就会开启 no_new_privs 属性:

    • 设置了 privileged=true
    • 增加了 CAP_SYS_ADMIN capabilities,即 capAdd=CAP_SYS_ADMIN
    • 以 root 用户运行,即 UID=0

    例如,当设置了 privileged=trueallowPrivilegeEscalation=false 时,就不会开启 no_new_privs 属性。同理,设置了 capAdd=CAP_SYS_ADMINallowPrivilegeEscalation=false 也不会开启 no_new_privs 属性。

    管理 capabilities

    可以通过 getcap 来查看文件的 capabilities,例如:

    $ getcap /bin/ping /usr/sbin/arping
    
    /bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p
    /usr/sbin/arping = cap_net_raw+p
    

    也可以使用 -r 参数来递归查询:

    $ getcap -r /usr 2>/dev/null
    
    /usr/bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p
    /usr/bin/newgidmap = cap_setgid+ep
    /usr/bin/newuidmap = cap_setuid+ep
    /usr/sbin/arping = cap_net_raw+p
    /usr/sbin/clockdiff = cap_net_raw+p
    

    如果想查看某个进程的 capabilities,可以直接使用 getpcaps,后面跟上进程的 PID:

    $ getpcaps 1234
    

    如果想查看一组相互关联的线程的 capabilities(比如 nginx),可以这么来看:

    $ getpcaps $(pgrep nginx)
    

    这里你会看到只有主线程才有 capabilities,子线程和其他 workers 都没有 capabilities,这是因为只有 master 才需要特殊权限,例如监听网络端口,其他线程只需要响应请求就好了。

    设置文件的 capabilities 可以使用 setcap,语法如下:

    $ setcap CAP+set filename
    

    例如,将 CAP_CHOWNCAP_DAC_OVERRIDE capabilities 添加到 permittedeffective 集合:

    $ setcap CAP_CHOWN,CAP_DAC_OVERRIDE+ep file1
    

    如果想移除某个文件的 capabilities,可以使用 -r 参数:

    $ setcap -r filename
    

    2. libcap-ng


    安装也很简单,以 CentOS 为例:

    $ yum install libcap-ng-utils
    

    用法

    libcap-ng 使用 filecap 命令来管理文件的 capabilities。有几个需要注意的地方:

    • filecap 添加删除或查看 capabilities 时,capabilities 的名字不需要带 CAP_ 前缀(例如,使用 NET_ADMIN 代替 CAP_NET_ADMIN);
    • filecap 不支持相对路径,只支持绝对路径;
    • filecap 不允许指定 capabilities 作用的集合,capabilities 只会被添加到 permittedeffective 集合。

    查看文件的 capabilities:

    $ filecap /full/path/to/file
    

    递归查看某个目录下所有文件的 capabilities:

    $ filecap /full/path/to/dir
    

    例如:

    $ filecap /usr/bin
    
    file                 capabilities
    /usr/bin/newgidmap     setgid
    /usr/bin/newuidmap     setuid
    

    注意: filecap 只会显示“capabilities 被添加到 permittedeffective 集合中”的文件。所以这里没有显示 ping 和 arping。

    递归查看整个系统所有文件的 capabilities:

    $ filecap /
    # or
    $ filecap -a
    

    设置文件的 capabilities 语法如下:

    $ filecap /full/path/to/file cap_name
    

    例如:

    $ filecap /usr/bin/tac dac_override
    

    移除某个文件的 capabilities:

    $ filecap /full/path/to/file none
    

    3. 总结


    本文通过两种工具演示了如何对可执行文件的 capabilities 进行管理,并以 docker 为例,展现了 no_new_privs 的强大之处。如果条件允许,推荐大家以后尽量用 capabilities 来替代完整的 root 权限或者设置 SUID 标识。

    4. 参考资料



    -------他日江湖相逢 再当杯酒言欢-------

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    米开朗基杨

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