Linux Capability探索实验

实验描述

本实验中，我们将感受到linux capability功能在访问控制上的优势，掌握使用Capability达到遵守最小权限原则的目的，并分析linux中基于Capability访问控制的设计。

环境搭建

下载Libcap

$ cd
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/libcap-2.21.tar.gz
$ tar xvf libcap-2.21.tar.gz
$ sudo rm /usr/include/sys/capability.h
$ sudo rm /lib/libcap.so*
$ cd /home/shiyanlou/libcap-2.21/
$ sudo make
$ sudo make install

实验过程

在操作系统中，有许多只允许超级用户使用的操作，比如配置网卡，备份所有用户文件，关闭计算机等，但如果要进行这些操作就必须先成为超级用户的话，那就违背了最小权限原则。

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。

1.用普通用户登录

$ ping -c 3 www.baidu.com

2.使用root权限运行第一步命令并执行如下命令

$ sudo su
# setcap cap_net_raw=ep /bin/ping
# exit
$ ping -c 3 www.baidu.com

实验结果如下

$ sudo su seed
$ sudo chmod u-s /usr/bin/passwd
$ passwd
$ sudo setcap cap_chown,cap_dac_override,cap_fowner=ep /usr/bin/passwd
$ passwd

实验结果如下所示

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。

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。
为了支持动态的capability分配，Linux使用一个与Set－UID相近的机制。举个例子，一个线程具有3组capability设置：允许（permitted P），可继承（inheritable I），和有效（effective E）。允许组由允许线程使用的cap组成，但其中的cap可能还没有激活。有效组由线程当前可以使用的cap组成。有效组是允许组的子集。线程可以随时更改有效组的内容只要不越过允许组的范围。可继承组是在程序运行exec()调用后计算新子线程的cap组用的。

当一个线程fork新线程的时候，子线程的cap组从父线程拷贝。当在一个线程中运行一个新程序时，它的新cap组将根据以下公式计算：

pI_new = pI
pP_new = fP | (fI & pI)
pE_new = pP_new if fE = true
pE_new = empty if fE = false

new后缀指新计算值，p前缀指线程，f前缀指文件cap。I，P，E分别指代 inheritable，permitted，effective，是一个cap位一个cap位计算的。

切换到 /home/shiyanlou/libcap-2.21/libcap 目录下，编辑 cap_proc.c文件。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;
}

之后编译安装。

在 /home/shiyanlou/libcap-2.21/libcap 目录下新建一个 use_cap.c 文件，并分配cap_dac_read_search给它。

#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <linux/capability.h>
#include <sys/capability.h>
int main( void )
{
    if ( open( "/etc/shadow", O_RDONLY ) < 0 )
        printf( "(a) Open failed\n" );

    if ( cap_disable( CAP_DAC_READ_SEARCH ) < 0 )
        return(-1);
    if ( open( "/etc/shadow", O_RDONLY ) < 0 )
        printf( "(b) Open failed\n" );

    if ( cap_enable( CAP_DAC_READ_SEARCH ) < 0 )
        return(-1);
    if ( open( "/etc/shadow", O_RDONLY ) < 0 )
        printf( "(c) Open failed\n" );

    if ( cap_drop( CAP_DAC_READ_SEARCH ) < 0 )
        return(-1);
    if ( open( "/etc/shadow", O_RDONLY ) < 0 )
        printf( "(d) Open failed\n" );

    if ( cap_enable( CAP_DAC_READ_SEARCH ) == 0 )
        return(-1);
    if ( open( "/etc/shadow", O_RDONLY ) < 0 )
        printf( "(e) Open failed\n" );

}

最后编译运行。实验结果如下所示

实验总结

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。