2021-05-12 14:32:11
Linux能力(capability)機制的繼承
2020-06-16 17:44:45
1、Linux能力機制概述
在以往的UNIX系統上，為了做進程的許可權檢查，把進程分為兩類：特權進程(有效使用者ID是0)和非特權進程(有效使用者ID是非0)。特權進程可以通過核心所有的許可權檢查，而非特權進程的檢查則是基於進程的身份(有效ID，有效組及補充組資訊)進行。
從linux核心2.2開始，Linux把超級使用者不同單元的許可權分開，可以單獨的開啟和禁止，稱為能力(capability)。可以將能力賦給普通的進程，使其可以做root使用者可以做的事情。
此時核心在檢查進程是否具有某項許可權的時候，不再檢查該進程的是特權進程還是非特權進程，而是檢查該進程是否具有其進行該操作的能力。例如當進程設定系統時間，核心會檢查該進程是否有設定系統時間(CAP_SYS_TIME)的能力，而不是檢查進程的ID是否為0；
當前Linux系統中共有37項特權，可在/usr/include/linux/capability.h檔案中檢視
2、Linux能力機制的實現
一個完整的能力機制需要滿足以下三個條件:
1、對進程的所有特權操作，linux核心必須檢查該進程該操作的特權位是否使能。
2、Linux核心必須提供系統呼叫，允許進程能力的修改與恢復。
3、檔案系統必須支援能力機制可以附加到一個可執行檔案上，但檔案執行時，將其能力附加到進程當中。
到linux核心版本2.6.24為止，上述條件的1、2可以滿足。從linux核心2.6.24開始，上述3個條件可以都可以滿足
每個進程包括三個能力集，含義如下：
Permitted: 它是effective capabilities和Inheritable capability的超集。如果一個進程在Permitted集合中丟失一個能力，它無論如何不能再次獲取該能力(除非特權使用者再次賦予它)
Inheritable: 它是表明該進程可以通過execve繼承給新進程的能力。
Effecitive: Linux核心真正檢查的能力集。
從2.6.24開始，Linux核心可以給可執行檔案賦予能力，可執行檔案的三個能力集含義如下：
Permitted:該能力當可執行檔案執行時自動附加到進程中，忽略Inhertiable capability。
Inheritable:它與進程的Inheritable集合做與操作，決定執行execve後新進程的Permitted集合。
Effective: 檔案的Effective不是一個集合，而是一個單獨的位，用來決定進程成的Effective集合。
有上述描述可知，Linux系統中的能力分為兩部分，一部分是進程能力，一部分是檔案能力，而Linux核心最終檢查的是進程能力中的Effective。而檔案能力和進程能力中的其他部分用來完整能力繼承、限制等方面的內容。
3、Linux能力機制的繼承
在linux終端檢視capabilities的man手冊，其中有繼承關係公式如下
複製程式碼
P'(permitted) = (P(inheritable) & F(inheritable)) |
(F(permitted) & cap_bset) //新進程的permitted有老進程的和新進程的inheritable和可執行檔案的permitted及cap_bset運算得到.
P'(effective) = F(effective) ? P'(permitted) : 0 //新進程的effective依賴可執行檔案的effective位，使能：和新進程的permitted一樣，負責為空
P'(inheritable) = P(inheritable) [i.e., unchanged] //新進程的inheritable直接繼承老進程的Inheritable
說明:
P 在執行execve函數前，進程的能力
P' 在執行execve函數後，進程的能力
F 可執行檔案的能力
cap_bset 系統能力的邊界值，在此處預設全為1
有測試程式如下:
father.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/capability.h>
#include <errno.h>
void list_capability()
{
struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;
struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;
cap_header->pid = getpid();
cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;
if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
perror("Failed capget");
exit(1);
}
printf("Cap data permitted: 0x%x, effective: 0x%x, inheritable:0x%xn",
cap_data->permitted, cap_data->effective,cap_data->inheritable);
}
int main(void)
{
cap_t caps = cap_init();
cap_value_t capList[2] = {CAP_DAC_OVERRIDE, CAP_SYS_TIME};
unsigned num_caps = 2;
//cap_set_flag(caps, CAP_EFFECTIVE, num_caps, capList, CAP_SET);
cap_set_flag(caps, CAP_INHERITABLE, num_caps, capList, CAP_SET);
cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);
if(cap_set_proc(caps))
{
perror("cap_set_proc");
}
list_capability();
execl("/home/xlzh/code/capability/child", NULL);
sleep(1000);
}
child.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/capability.h>
#include <errno.h>
void list_capability()
{
struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;
struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;
cap_header->pid = getpid();
cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;
if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
perror("Failed capget");
exit(1);
}
printf("child Cap data permitted: 0x%x, effective: 0x%x, inheritable:0x%xn", cap_data->permitted, cap_data->effective,cap_data->inheritable);
}
int main(void)
{
list_capability();
sleep(1000);
}
執行結果分析
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ gcc child.c -o child
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ gcc father.c -o father -lcap
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ sudo setcap cap_dac_override,cap_sys_time+ei child
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ sudo setcap cap_dac_override,cap_sys_time+ip father
/* 單獨執行，child檔案有E(effective)I(inheritable)的能力，執行child的終端沒有任何能力, 套用公式(cap_bset預設全1)
* P'(permitted) = (P(inheritable) & F(inheritable)) | (F(permitted) & cap_bset) // P'(permitted) = (0x0 & 0x2000002) | (0x0 & 全1)，結果為0
* P'(effective) = F(effective) ? P'(permitted) : 0 // P'(effective) = 1 ? P'(permitted) : 0， 結果為P'(permitted)，即0
* P'(inheritable) = P(inheritable) // P'(inheritable) = 0
* 執行結果如下所示
*/
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ ./child
child Cap data permitted: 0x0, effective: 0x0, inheritable 0x0
/* 單獨執行，child檔案有E(effective)I(inheritable)的能力，執行child的father檔案有E(inheritable)和P(permitted)能力, 套用公式
* P'(permitted) = (P(inheritable) & F(inheritable)) | (F(permitted) & cap_bset) // P'(permitted) = (0x2000002 & 0x2000002) | (0x2000002 & 全1)，結果為0
* P'(effective) = F(effective) ? P'(permitted) : 0 // P'(effective) = 1 ? P'(permitted) : 0, 結果為P'(permitted)，即0x2000002
* P'(inheritable) = P(inheritable) // P'(inheritable) = 0x2000002
* 執行結果如下所示
*/
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ ./father
father Cap data permitted: 0x2000002, effective: 0x0, inheritable: 0x2000002
child Cap data permitted: 0x2000002, effective: 0x2000002, inheritable 0x2000002
上述單獨執行child可執行程式，其進程沒有任何能力。但是有father進程來啟動執行child可執行程式，其進程則有相應的能力。
上例中father和child的能力都設定的cap_dac_override和cap_sys_time兩個能力。其實兩個可執行程式設定的能力可以不同，各位讀者可以自己修改其能力，套用公式進行計算。
4、以root使用者身份執行程式
1、以root使用者身份執行程式，則該進程所有能力的的P和I都置為1
2、以root使用者身份執行程式，則該進程的E使能
/*由於執行child的終端進程沒有I能力，所有child進程的inheritable也為0， 其他能力為全1*/
linuxidc@linuxidc:~/code/capability$ sudo ./child
child Cap data permitted: 0xffffffff, effective: 0xffffffff, inheritable 0x0
5、進程使用者ID的變化對能力的影響
1、當一個進程的有效使用者ID從0變化到非0， 那麼所有的E能力清零
2、當一個進程的有效使用者ID從非0變化到0，那麼現有的P集合拷貝到E集合
3、如果一個進行原來的真實使用者ID，有效使用者ID，儲存設定使用者ID是0，由於某些操作這些ID都變成了非0，那麼所有的的P和E能力全部清理
4、如果一個檔案系統的使用者ID從0變成非0，那麼以下的能力在E集合中清除：CAP_CHOWN, CAP_DAC_OVERRIDE, CAP_DAC_READ_SEARCH, CAP_FOWNER, CAP_FSETID, CAP_LINUX_IMMUTABLE (since Linux 2.2.30), CAP_MAC_OVERRIDE, CAP_MKNOD，如果一個檔案系統的使用者ID從0變成非0，那麼在P集合中使能的能力將設定到E集合中。
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