2019-2020-1 20199310《Linux内核原理与分析》第十一周作业

1.问题描述

在一个capability系统中，当一个程序运行时，对应的线程会初始化一系列capabilities（令牌）。当线程尝试访问某个对象时，操作系统会检查该线程的capabilities，并决定是否授权访问。本实验将感受linux capability在访问控制上的一些优势。

2.解决过程

2.1 环境搭建

libcap 库能够使用户级别的程序与 capability 特性做交互，一些linux发行版不包括这个库，在环境中已经有 /usr/include/sys/capability.h 这个文件，为了避免老版本的影响，我们还是删掉以前的，然后重新下载一个。



在本实验中，主要需要用到以下命令：
setcap: 给一个文件分配capabilities
getcap: 显示文件所带的capabilities
getpcaps: 显示线程所在的capabilities

2.2 capability

Set－UID程序允许用户暂时以root权限进行操作，即使程序中所进行的权限操作用不到root权限的所有权利，这很危险：因为如果程序被入侵了的话，攻击者可能得到root权限。Capabilities将root权限分割成了权利更小的权限。小权限被称作capability。如果使用capabilities，那么攻击者最多只能得到小权限，无法得到root权限。这样，风险就被降低了。
首先，以普通用户登录并运行以下命令：

命令成功运行，如果你查看/bin/ping的属性会发现它是一个root所有的Set-UID程序。如果ping中包含漏洞，那么整个系统就可能被入侵。问题是我们是否能移除ping的这些权限。让我们关闭程序的suid位：


现在再ping网易网站：

它会提示你操作不被允许。这是因为ping命令需要打开RAW套接字，该操作需要root特权，这就是为什么ping是Set-UID程序了。但有了capability,我们就可以杯酒释兵权了，让我们分配cap_net_raw给ping。


取消下列程序的Set－UID并不影响它的行为。
这一步证明一开始无法修改密码，但是在分配了cap之后就可以成功修改密码：seed 用户的密码是 dees。


接着我们分配了cap之后就可以成功修改密码。

通过阅读 /usr/include/linux/capability.h 文件了解capability的其他功能：

2.3 调整权限

跟使用ACL的访问控制相比，capabilities有其它优势：它可以动态调整大量线程的权限，这对于遵守最小权限原则是很有必要的。当线程中某个权限不再需要时，它应当移除所有相对应的capabilities。这样，即使线程被入侵了，攻击者也得不到已经被删除的capabilities。使用以下管理操作调整权限：
Deleting：线程永久删除某个capability
Disabling：线程会暂时停用某个capability。
Enabling：对应Disabling，启用capability。
切换到 /home/shiyanlou/libcap-2.21/libcap 目录下，编辑 cap_proc.c文件。

$ exit
$ cd /home/shiyanlou/libcap-2.21/libcap
$ sudo vi cap_proc.c

为了让程序操作cap变得简单，添加以下三个函数到 /home/shiyanlou/libcap-2.21/libcap/cap_proc.c 中。

* Disable a cap on current process */
int cap_disable(cap_value_t capflag)
{
    cap_t mycaps;

    mycaps = cap_get_proc();
    if (mycaps == NULL)
        return -1;
    if (cap_set_flag(mycaps, CAP_EFFECTIVE, 1, &capflag, CAP_CLEAR) != 0)
        return -1;
    if (cap_set_proc(mycaps) != 0)
        return -1;
    return 0;
}
/* Enalbe a cap on current process */
int cap_enable(cap_value_t capflag)
{
    cap_t mycaps;

    mycaps = cap_get_proc();
    if (mycaps == NULL)
        return -1;
    if (cap_set_flag(mycaps, CAP_EFFECTIVE, 1, &capflag, CAP_SET) != 0)
        return -1;
    if (cap_set_proc(mycaps) != 0)
        return -1;
    return 0;
}
/* Drop a cap on current process */
int cap_drop(cap_value_t capflag)
{
    cap_t mycaps;

    mycaps = cap_get_proc();
    if (mycaps == NULL)
        return -1;
    if (cap_set_flag(mycaps, CAP_EFFECTIVE, 1, &capflag, CAP_CLEAR) != 0)
        return -1;
    if (cap_set_flag(mycaps, CAP_PERMITTED, 1, &capflag, CAP_CLEAR) != 0)
        return -1;
    if (cap_set_proc(mycaps) != 0)
        return -1;
    return 0;
}

运行以下命令编译安装libcap。



整个程序运行完毕。

2.4 课后问题

问题一、当我们想动态调整基于ACL访问控制权限的数量时，应该怎么做？与capabilities比较哪种更加便捷？
ACL访问控制即通过查询访问控制列表来获得访问主体权限的访问控制。当我们想动态调整基于ACL访问控制权限的数量时，我们通过修改访问控制列表中用户的访问权限来进行调整。ACL方式与capabilities相比，capabilities更便捷。Linux提供了直接修改进程权能的系统调用sys_capset()，进程可以通过sys_capset()调用来直接修改除init进程以外的任何进程的各权能集。而ACL需要调整访问控制列表中文件的安全域和权限等进行权限调整。
问题二、当程序（以普通用户运行）禁用cap A时，它遭到了缓冲区溢出攻击。攻击者成功注入恶意代码并运行。他可以使用cap A么？如果线程删除了cap A呢，可以使用cap A么？
当程序（以普通用户运行）禁用cap A时，它遭到了缓冲区溢出攻击。导致cap A没有成功禁用，攻击者成功注入恶意代码并运行，可以使用capA。如果线程删除了capA，则capA已经成功禁用，攻击者不可以使用capA。
问题三、问题如上，改用竞态条件攻击。他可以使用cap A么？如果线程删除了cap A呢，可以使用cap A么？
改用竟态条件攻击，程序禁用cap A，竟态攻击者抢占资源，可以获得capA使用权限。如果线程删除了capA，竟态攻击者依然可以抢占资源，取得capA的使用权限。

3.总结

本文主要学习了capabilities如何移除root特权程序中的不必要的权利，在以往的UNIX系统上，为了做进程的权限检查，把进程分为两类：特权进程(有效用户ID是0)和非特权进程(有效用户ID是非0)。特权进程可以通过内核所有的权限检查，而非特权进程的检查则是基于进程的身份(有效ID，有效组及补充组信息)进行。从linux内核2.2开始，Linux把超级用户不同单元的权限分开，可以单独的开启和禁止，称为capability。可以将能力赋给普通的进程，使其可以做root用户可以做的事情。