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怎么增强Linux内核中的访问控制安全

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Linux中常见的拦截过滤

  • 用户态动态库拦截。

  • 内核态系统调用拦截。

  • 堆栈式文件系统拦截。

  • inline hook拦截。

  • LSM(Linux Security Modules)

动态库劫持

Linux上的动态库劫持主要是基于LD_PRELOAD环境变量，这个环境变量的主要作用是改变动态库的加载顺序，让用户有选择的载入不同动态库中的相同函数。但是使用不当就会引起严重的安全问题，我们可以通过它在主程序和动态连接库中加载别的动态函数，这就给我们提供了一个机会，向别人的程序注入恶意的代码。

假设有以下用户名密码验证的函数：

#include  #include  #include  int main(int argc, char **argv) { char passwd[] = "password"; if (argc < 2) { printf("Invalid argc!\n"); return; } if (!strcmp(passwd, argv[1])) { printf("Correct Password!\n"); return; } printf("Invalid Password!\n"); }

我们再写一段hookStrcmp的程序，让这个比较永远正确。

#include  int strcmp(const char *s1, const char *s2) { /* 永远返回0，表示两个字符串相等 */ return 0; }

依次执行以下命令，就会使我们的hook程序先执行。

gcc -Wall -fPIC -shared -o hookStrcmp.so hookStrcmp.c export LD_PRELOAD=”./hookStrcmp.so”

结果会发现，我们自己写的strcmp函数优先被调用了。这是一个最简单的劫持  ，但是如果劫持了类似于geteuid/getuid/getgid，让其返回0，就相当于暴露了root权限。所以为了安全起见，一般将LD_PRELOAD环境变量禁用掉。

Linux系统调用劫持

最近发现在4.4.0的内核中有513多个系统调用(很多都没用过)，系统调用劫持的目的是改变系统中原有的系统调用，用我们自己的程序替换原有的系统调用。Linux内核中所有的系统调用都是放在一个叫做sys_call_table的内核数组中，数组的值就表示这个系统调用服务程序的入口地址。整个系统调用的流程如下：

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

当用户态发起一个系统调用时，会通过80软中断进入到syscall  hander，进而进入全局的系统调用表sys_call_table去查找具体的系统调用，那么如果我们将这个数组中的地址改成我们自己的程序地址，就可以实现系统调用劫持。但是内核为了安全，对这种操作做了一些限制：

  • sys_call_table的符号没有导出，不能直接获取。

  • sys_call_table所在的内存页是只读属性的，无法直接进行修改。

对于以上两个问题，解决方案如下(方法不止一种)：

  • 获取sys_call_table的地址 ：

    • grep sys_call_table /boot/System.map-uname -r

  • 控制页表只读属性是由CR0寄存器的WP位控制的，只要将这个位清零就可以对只读页表进行修改。

/* make the page writable */ int make_rw(unsigned long address) { unsigned int level; pte_t *pte = lookup_address(address, &level);//查找虚拟地址所在的页表地址 pte->pte |= _PAGE_RW;//设置页表读写属性 return 0; }
/* make the page write protected */ int make_ro(unsigned long address) { unsigned int level; pte_t *pte = lookup_address(address, &level); pte->pte &= ~_PAGE_RW;//设置只读属性 return 0; }

1. 开始替换系统调用

本文实现的是对 ls这个命令对应的系统调用，系统调用号是__NR_getdents。

static int syscall_init_module(void) { orig_getdents = sys_call_table[__NR_getdents]; make_rw((unsigned long)sys_call_table); //修改页属性 sys_call_table[__NR_getdents] = (unsigned long *)hacked_getdents; //设置新的系统调用地址 make_ro((unsigned long)sys_call_table); return 0; }

2. 恢复原状

static void syscall_cleanup_module(void) { printk(KERN_ALERT "Module syscall unloaded.\n"); make_rw((unsigned long)sys_call_table); sys_call_table[__NR_getdents] = (unsigned long *)orig_getdents; make_ro((unsigned long)sys_call_table); }

使用Makefile编译，insmod插入内核模块后，再执行ls时，就会进入到我们的系统调用，我们可以在hook代码中删掉某些文件，ls就不会显示这些文件，但是这些文件还是存在的。

堆栈式文件系统

Linux通过vfs虚拟文件系统来统一抽象具体的磁盘文件系统，从上到下的IO栈形成了一个堆栈式。通过对内核源码的分析，以一次读操作为例，从上到下所执行的流程如下：

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

内核中采用了很多c语言形式的面向对象，也就是函数指针的形式，例如read是vfs提供用户的接口，具体底下调用的是ext2的read操作。我们只要实现VFS提供的各种接口，就可以实现一个堆栈式文件系统。Linux内核中已经集成了一些堆栈式文件系统，例如Ubuntu在安装时会提醒你是否需要加密home目录，其实就是一个堆栈式的加密文件系统(eCryptfs)，原理如下：

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

实现了一个堆栈式文件系统，相当于所有的读写操作都会进入到我们的文件系统，可以拿到所有的数据，就可以进行做一些拦截过滤。

以下是我实现的一个最简单的堆栈式文件系统，实现了最简单的打开、读写文件，麻雀虽小但五脏俱全。

https://github.com/wangzhangjun/wzjfs

inline hook

我们知道内核中的函数不可能把所有功能都在这个函数中全部实现，它必定要调用它的下层函数。如果这个下层函数可以得到我们想要的过滤信息内容，就可以把下层函数在上层函数中的offset替换成新的函数的offset，这样上层函数调用下层函数时，就会跳到新的函数中，在新的函数中做过滤和劫持内容的工作。所以从原理上来说，inline  hook可以想hook哪里就hook哪里。

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

inline hook 有两个重要的问题：

  • 如何定位hook点。

  • 如何注入hook函数入口。

1. 对于***个问题:

需要有一点的内核源码经验，比如说对于read操作，源码如下：

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

在这里当发起read系统调用后，就会进入到sys_read,在sys_read中会调用vfs_read函数，在vfs_read的参数中正好有我们需要过滤的信息，那么就可以把vfs_read当做一个hook点。

2. 对于第二个问题:

如何Hook?这里介绍两种方式：

  • ***种方式：直接进行二进制替换，将call指令的操作数替换为hook函数的地址。

    • 怎么增强Linux内核中的访问控制安全

  • 第二种方式：Linux内核提供的kprobes机制。

其原理是在hook点注入int  3(x86)的机器码，让cpu运行到这里的时候会触发sig_trap信号，然后将用户自定义的hook函数注入到sig_trap的回调函数中，达到触发hook函数的目的。这个其实也是调试器的原理。

LSM

LSM是Linux Secrity  Module的简称，即linux安全模块。是一种通用的Linux安全框架，具有效率高，简单易用等特点。原理如下：

怎么增强Linux内核中的访问控制安全

LSM在内核中做了以下工作：

  • 在特定的内核数据结构中加入安全域。

  • 在内核源代码中不同的关键点插入对安全钩子函数的调用。

  • 加入一个通用的安全系统调用。

  • 提供了函数允许内核模块注册为安全模块或者注销。

  • 将capabilities逻辑的大部分移植为一个可选的安全模块,具有可扩展性。

适用场景

对于以上几种Hook方式，有其不同的应用场景。

  • 动态库劫持不太完全，劫持的信息有可能满足不了我们的需求，还有可能别人在你之前劫持了，一旦禁用LD_PRELOAD就失效了。

  • 系统调用劫持，劫持的信息有可能满足不了我们的需求，例如不能获取struct file结构体，不能获取文件的绝对路径等。

  • 堆栈式文件系统，依赖于Mount,可能需要重启系统。

  • inline hook，灵活性高，随意Hook，即时生效无需重启，但是在不同内核版本之间通用性差，一旦某些函数发生了变化，Hook失效。

  • LSM，在早期的内核中，只能允许一个LSM内核模块加载，例如加载了SELinux，就不能加载其他的LSM模块，在***的内核版本中不存在这个问题。

以上是“怎么增强Linux内核中的访问控制安全”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注创新互联行业资讯频道！


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