1.. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 2.. include:: ../disclaimer-zh_CN.rst 3 4:Original: Documentation/userspace-api/seccomp_filter.rst 5 6:翻译: 7 8 李睿 Rui Li <me@lirui.org> 9 10================================== 11Seccomp BPF (基于过滤器的安全计算) 12================================== 13 14*Seccomp: SECure COMPuting* 15 16介绍 17==== 18 19大量系统调用被暴露给每个用户空间进程，但其中又有许多系统调用在进程的整个生命 20周期中都没被使用。随着系统调用的改变和成熟，缺陷被找到并消除。允许某一部分应 21用程序仅能访问一部分系统调用是有好处的，这会缩小内核暴露给应用程序的面积。 22系统调用过滤器就是为这些应用程序而生的。 23 24Seccomp过滤提供了一种为进程指定一个处理系统调用的过滤器的方法。这个过滤器体 25现为一个伯克利包过滤器（BPF）程序，就像套接字过滤器一样，不同在于前者处理的 26数据和正在进行的系统调用有关：系统调用号和系统调用参数。这样使用一种长期与 27用户空间和直接数据打交道的语言来表达系统调用过滤成为了可能。 28 29此外，BPF让seccomp用户不再成为在系统调用干预框架（system call interposition 30frameworks）中常见的检查-使用竞态攻击（TOCTOU）的受害者。BPF程序可能无法解引 31用指针，这就限制了所有过滤器仅能直接评估系统调用参数。 32 33这不是什么 34========== 35 36系统调用过滤并不是一个沙箱。它提供了一种明确定义的机制来最小化内核暴露面。它 37旨在成为一个沙箱开发者使用的工具。除此之外，逻辑行为和信息流的策略应该结合其他 38系统加固手段或者可能由你选择的内核安全模块（LSM）来管理。易于表达的动态过滤器 39为这条路提供了更多选择（比如避免病态的大小或者选择允许 socketcall() 中的多路 40系统调用），但将其理解为更完整的沙箱解决方案是错误的。 41 42用法 43==== 44 45添加了一个额外的seccomp模式，它可以使用和严格seccomp相同的 prctl(2) 调用来启用。 46如果架构有 ``CONFIG_HAVE_ARCH_SECCOMP_FILTER`` 标志，那么可以添加以下过滤器： 47 48``PR_SET_SECCOMP``: 49 现在需要添加一个额外的参数来指定使用BPF程序的新过滤器。 50 BPF程序将在反应系统调用号、参数和其他元数据的seccomp_data结构体之上执行。 51 BPF程序必须返回允许的值之一来告知内核应该采取什么行动。 52 53 用法:: 54 55 prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, prog); 56 57 'prog' 参数是一个指向 sock_fprog 结构体的指针，其中包含了过滤器程序。如 58 果程序是无效的，该调用会返回 -1 并设置 errno 为 ``EINVAL`` 。 59 60 如果 ``fork`` / ``clone`` 和 ``execve`` 被 @prog 所允许，任何子进程都将 61 受到和父进程相同的过滤器和系统调用ABI的约束。 62 63 在调用之前，进程必须调用 ``prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1)`` 或者在它的 64 命名空间内以 ``CAP_SYS_ADMIN`` 权限运行。如果以上条件不满足，会返回 65 ``-EACCES`` 。这一要求保证了过滤器程序不能用于比安装过滤器的进程拥有更高 66 权限的子进程。 67 68 另外，如果 ``prctl(2)`` 被安装的过滤器所允许，就可以叠加额外的过滤器。这会增 69 加评估时间，但是可以进一步降低执行进程时的攻击面。 70 71以上调用在成功时返回0，失败时返回一个非零的值。 72 73返回值 74====== 75 76一个seccomp过滤器可能返回下列任意值。如果多个过滤器存在，评估一个指定系统调用的 77返回值总会使用最高优先级的值。（比如 ``SECCOMP_RET_KILL_PROCESS`` 总是被优先 78返回。） 79 80按照优先级排序，它们是： 81 82``SECCOMP_RET_KILL_PROCESS``: 83 使得整个进程立即结束而不执行系统调用。进程的退出状态 (``status & 0x7f``) 将 84 是 ``SIGSYS`` ，而不是 ``SIGKILL`` 。 85 86``SECCOMP_RET_KILL_THREAD``: 87 使得线程立即结束而不执行系统调用。线程的退出状态 (``status & 0x7f``) 将是 88 是 ``SIGSYS`` ，而不是 ``SIGKILL`` 。 89 90``SECCOMP_RET_TRAP``: 91 使得内核向触发进程发送一个 ``SIGSYS`` 信号而不执行系统调用。 92 ``siginfo->si_call_addr`` 会展示系统调用指令的位置， ``siginfo->si_syscall`` 93 和 ``siginfo->si_arch`` 会指出试图进行的系统调用。程序计数器会和发生了系统 94 调用的一样（即它不会指向系统调用指令）。返回值寄存器会包含一个与架构相关的值—— 95 如果恢复执行，需要将其设为合理的值。（架构依赖性是因为将其替换为 ``-ENOSYS`` 96 会导致一些有用的信息被覆盖。） 97 98 返回值的 ``SECCOMP_RET_DATA`` 部分会作为 ``si_errno`` 传递。 99 100 由seccomp触发的 ``SIGSYS`` 会有一个 ``SYS_SECCOMP`` 的 si_code 。 101 102``SECCOMP_RET_ERRNO``: 103 使得返回值的低16位作为errno传递给用户空间，而不执行系统调用。 104 105``SECCOMP_RET_USER_NOTIF``: 106 使得一个 ``struct seccomp_notif`` 消息被发送到已附加的用户空间通知文件描述 107 符。如果没有被附加则返回 ``-ENOSYS`` 。下面会讨论如何处理用户通知。 108 109``SECCOMP_RET_TRACE``: 110 当返回的时候，这个值会使得内核在执行系统调用前尝试去通知一个基于 ``ptrace()`` 111 的追踪器。如果没有追踪器， ``-ENOSYS`` 会返回给用户空间，并且系统调用不会执行。 112 113 如果追踪器通过 ``ptrace(PTRACE_SETOPTIONS)`` 请求了 ``PTRACE_O_TRACESECCOMP``， 114 那么它会收到 ``PTRACE_EVENT_SECCOMP`` 通知。BPF程序返回值的 ``SECCOMP_RET_DATA`` 115 部分会通过 ``PTRACE_GETEVENTMSG`` 提供给追踪器。 116 117 追踪器可以通过改变系统调用号到-1来跳过系统调用。或者追踪器可以改变系统调用号到 118 一个有效值来改变请求的系统调用。如果追踪器请求跳过系统调用，那么系统调用将返回 119 追踪器放在返回值寄存器中的值。 120 121 在追踪器被通知后，seccomp检查不会再次运行。（这意味着基于seccomp的沙箱必须禁止 122 ptrace的使用，甚至其他沙箱进程也不行，除非非常小心；ptrace可以通过这个机制来逃 123 逸。） 124 125``SECCOMP_RET_LOG``: 126 使得系统调用在被记录之后再运行。这应该被应用开发者用来检查他们的程序需要哪些 127 系统调用，而不需要反复通过多个测试和开发周期来建立清单。 128 129 只有在 actions_logged sysctl 字符串中出现 "log" 时，这个操作才会被记录。 130 131``SECCOMP_RET_ALLOW``: 132 使得系统调用被执行。 133 134如果多个追踪器存在，评估系统调用的返回值将永远使用最高优先级的值。 135 136优先级只通过 ``SECCOMP_RET_ACTION`` 掩码来决定。当多个过滤器返回相同优先级的返回 137值时，只有来自最近安装的过滤器的 ``SECCOMP_RET_DATA`` 会被返回。 138 139隐患 140==== 141 142最需要避免的隐患是在过滤系统调用号时却不检查架构值。因为在任何支持多个系统调用 143约定的架构上，系统调用号可能根据具体调用而不同。如果不同调用约定中的调用号有重叠， 144那么过滤器的检查可能被滥用。请总是检查架构值！ 145 146例子 147==== 148 149``samples/seccomp/`` 文件夹包含了x86专用和更通用的使用高层宏接口来生成BPF程序的 150例子。 151 152用户空间通知 153============ 154 155``SECCOMP_RET_USER_NOTIF`` 返回值会让seccomp过滤器传递一个特定的系统调用给用户 156空间处理。这可能会对像容器管理器的程序有用，它们希望拦截特定的系统调用（如 ``mount()``， 157``finit_module()`` 等等）并改变其行为。 158 159传递 ``SECCOMP_FILTER_FLAG_NEW_LISTENER`` 参数给 ``seccomp()`` 系统调用可以取 160得通知文件描述符： 161 162.. code-block:: c 163 164 fd = seccomp(SECCOMP_SET_MODE_FILTER, SECCOMP_FILTER_FLAG_NEW_LISTENER, &prog); 165 166成功情况下会返回一个对过滤器监听的文件描述符，然后可以通过 ``SCM_RIGHTS`` 或类似 167的方式传递。需要注意的是，过滤器文件描述符针对的是一个特定的过滤器而不是特定的进程。 168所以如果这个进程后来fork了，来自两个进程的通知都会出现在同一个过滤器文件描述符中。 169对于过滤器文件描述符的读写也是同步的，所以一个过滤器文件描述符可以安全地拥有多个读者。 170 171seccomp通知文件描述符由两个结构体组成： 172 173.. code-block:: c 174 175 struct seccomp_notif_sizes { 176 __u16 seccomp_notif; 177 __u16 seccomp_notif_resp; 178 __u16 seccomp_data; 179 }; 180 181 struct seccomp_notif { 182 __u64 id; 183 __u32 pid; 184 __u32 flags; 185 struct seccomp_data data; 186 }; 187 188 struct seccomp_notif_resp { 189 __u64 id; 190 __s64 val; 191 __s32 error; 192 __u32 flags; 193 }; 194 195``struct seccomp_notif_sizes`` 结构体可以用于确定seccomp通知中各种结构体的大小。 196``struct seccomp_data`` 的大小可能未来会改变，所以需要使用下面的代码： 197 198.. code-block:: c 199 200 struct seccomp_notif_sizes sizes; 201 seccomp(SECCOMP_GET_NOTIF_SIZES, 0, &sizes); 202 203来决定需要分配的多种结构体的大小。请查看 samples/seccomp/user-trap.c 中的例子。 204 205用户可以通过 ``ioctl(SECCOMP_IOCTL_NOTIF_RECV)`` (或 ``poll()``) 读取seccomp 206通知文件描述符来接收一个 ``struct seccomp_notif`` ，其中包含五个成员：结构体的 207输入长度，每个过滤器唯一的 ``id`` ， 触发请求进程的 ``pid`` （如果进程的pid命名空 208间对于监听者的pid命名空间不可见的话，可能为0）。通知还包含传递给seccomp的 ``data`` 209和一个过滤器标志。在调用ioctl前结构体应该被清空。 210 211之后用户空间可以根据这些信息决定做什么，并通过 ``ioctl(SECCOMP_IOCTL_NOTIF_SEND)`` 212发送一个响应，表示应该给用户空间返回什么。 ``struct seccomp_notif_resp`` 的 ``id`` 213成员应该和 ``struct seccomp_notif`` 的 ``id`` 一致。 214 215用户空间也可以通过 ``ioctl(SECCOMP_IOCTL_NOTIF_ADDFD)`` 向通知进程添加文件描述 216符。 ``struct seccomp_notif_addfd`` 的 ``id`` 成员应该和 ``struct seccomp_notif`` 217的 ``id`` 保持一致。 ``newfd_flags`` 标志可以被用于在通知进程的文件描述符上设置 218O_CLOEXEC 等标志。如果监督者（supervisor）向文件描述符注入一个特定的数字，可以使用 219``SECCOMP_ADDFD_FLAG_SETFD`` 标志，并设置 ``newfd`` 成员为要使用的特定数字。 220如果文件描述符已经在通知进程中打开，那它将被替换。监督者也可以添加一个文件描述符， 221并使用 ``SECCOMP_ADDFD_FLAG_SEND`` 标志原子响应，返回值将是注入的文件描述符编号。 222 223通知进程可以被抢占，导致通知被终止。这可能在尝试代表通知进程执行长时间且通常可重试 224（如挂载文件系统）的操作时导致问题。另外，在安装过滤器的时候， 225``SECCOMP_FILTER_FLAG_WAIT_KILLABLE_RECV`` 可以被设置。这个标志使得当监督者收到用 226户通知时，通知进程会忽略非致命信号，直到响应被发送。在用户空间收到通知之前发出的信号 227将被正常处理。 228 229值得注意的是， ``struct seccomp_data`` 包含了系统调用寄存器参数的值，但是不包含指向 230内存的指针。进程的内存可以通过 ``ptrace()`` 或 ``/proc/pid/mem`` 由合适的特权跟踪 231访问。但是，需要注意避免之前提到的TOCTOU攻击：所有从被跟踪者内存中读到的参数都应该先 232读到追踪器的内存中，再做出策略决定。这样就可以对系统调用的参数做原子决定。 233 234Sysctls 235======= 236 237Seccomp的sysctl文件可以在 ``/proc/sys/kernel/seccomp/`` 文件夹中找到。这里有对文件 238夹中每个文件的描述： 239 240``actions_avail``: 241 以字符串形式保存seccomp返回值（参考上文的 ``SECCOMP_RET_*`` 宏）的只读有序 242 列表。从左往右按照最少许可返回值到最多许可返回值排序。 243 244 这个列表代表了内核支持的seccomp返回值集合。一个用户空间程序可以使用这个列表来在 245 程序建立时确定在 ``seccomp.h`` 中找到的动作是否和当前运行内核实际支持的动作有所 246 不同。 247 248``actions_logged``: 249 允许被记录的seccomp返回值（参考上文的 ``SECCOMP_RET_*`` 宏）的可读写有序列表。 250 对文件写入不需要是有序的，但从文件读取将采用与actions_avail sysctl一致的方式排序。 251 252 ``allow`` 字符串在 ``actions_logged`` sysctl中不被接收，因为不可能记录 253 ``SECCOMP_RET_ALLOW`` 动作。尝试向sysctl写入 ``allow`` 会导致返回一个EINVAL。 254 255添加架构支持 256============ 257 258请查看 ``arch/Kconfig`` 了解权威要求。总的来说如果一个架构同时支持ptrace_event和 259seccomp，那么它将可以通过较小的修改支持seccomp过滤器： ``SIGSYS`` 支持和seccomp 260返回值检查。然后必须将 ``CONFIG_HAVE_ARCH_SECCOMP_FILTER`` 添加到它的架构特定 261的Kconfig中。 262 263注意事项 264======== 265 266vDSO可能导致一些系统调用完全在用户空间中运行，当你在不同机器上跑程序时可能导致回退 267到真正系统调用的意外发生。为了在x86上最小化这些意外的发生，请确保你在测试时把 268``/sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource`` 设置为 269``acpi_pm`` 之类的值。 270 271在x86-64上，vsyscall模拟默认开启。（vsyscalls是vDSO调用的传统变体。）目前，模拟 272vsyscalls会遵守seccomp，但是有一些奇怪情况： 273 274- ``SECCOMP_RET_TRAP`` 的返回值会设置一个指向给定vsyscall入口的 ``si_call_addr``， 275 而不是'syscall'指令之后的地址。任何想重新开始调用的代码都需要注意 (a) ret指令 276 已被模拟，(b) 试图恢复系统调用将再次触发标准vsyscall模拟安全检查，使得恢复系统 277 调用在大部分情况下没有意义。 278 279- ``SECCOMP_RET_TRACE`` 的返回值将像往常一样给追踪器发出信号，但是系统调用可能不能 280 使用orig_rax寄存器改变为另一个系统调用。可能只能改变为-1来跳过当前模拟的调用。 281 任何其他改变都可能终止进程。追踪器看到的rip值将是系统调用的入口地址；这和正常行为 282 不同。追踪器禁止修改rip或者rsp。（不要依赖其他改变来终止进程，它们可能正常工作。 283 比如在一些内核中，选择一个只存在于未来内核中的系统调用将被正确模拟，返回一个 284 ``-ENOSYS`` 。） 285 286要检测这个古怪的行为，可以检查 ``addr & ~0x0C00 == 0xFFFFFFFFFF600000``。（对于 287``SECCOMP_RET_TRACE`` ，使用rip。对于 ``SECCOMP_RET_TRAP`` ，使用 288``siginfo->si_call_addr`` 。）不要检测其他条件：未来内核可能会改进vsyscall模拟， 289当前内核在vsyscall=native模式下会有不同表现，但在这些情况下， ``0xF...F600{0,4,8,C}00`` 290处的指令将不是系统调用。 291 292请注意，现代系统根本不可能使用vsyscalls —— 它们是一种遗留功能，而且比标准系统调用 293慢得多。 新的代码将使用vDSO，而vDSO发出的系统调用与正常的系统调用没有区别。 294