前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >浅谈Linux SECCOMP安全机制在容器中的使用

浅谈Linux SECCOMP安全机制在容器中的使用

作者头像
CNCF
发布2021-03-15 17:23:35
6.3K0
发布2021-03-15 17:23:35
举报
文章被收录于专栏:CNCF

Linux自身安全机制之SECCOMP

01

SECCOMP的由来

Seccomp是 "secure computing" 的 缩写。是Linux内核2.6.12版本(2005年3月8日)中引入。最开始的引入的目的是把服务器上多余的CPU出借出去,跑一些安全系数低的程序;所以当时只允许4个系统调用:

代码语言:javascript
复制
read,write,_exit,sigreturn

如果调用其它系统API,就会收到 SIGKILL 信号退出。

测试代码:

代码语言:javascript
复制
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <linux/seccomp.h>

void configure_seccomp() {
    printf("Configuring seccomp\n");
    prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_STRICT);
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    int infd, outfd;

    if (argc < 3) {
        printf("Usage:\n\t%s <input path> <output_path>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    printf("Starting test seccomp Y/N?");
    char c = getchar();
    if (c == 'y' || c == 'Y') configure_seccomp();

    printf("Opening '%s' for reading\n", argv[1]);
    if ((infd = open(argv[1], O_RDONLY)) > 0) {
        ssize_t read_bytes;
        char buffer[1024];
        printf("Opening '%s' for writing\n", argv[2]);
        if ((outfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT, 0644)) > 0) {
            while ((read_bytes = read(infd, &buffer, 1024)) > 0)
                write(outfd, &buffer, (ssize_t)read_bytes);
        }
        close(infd);
        close(outfd);
    }
    printf("End!\n");

    return 0;
}

简单的文件复制代码,当seccomp功能打开的时候,代码执行到25行“open(argv[1], O_RDONLY)”时就会 退出,如图:

02

Seccomp升级Seccomp-BPF

直到2012年7月12日Linux 3.5内核版本中, 引入seccomp第二种匹配模式:SECCOMP_MODE_FILTER。(以下Seccomp-BPF皆指seccomp的过滤模式)

而在该模式下,进程可以指定允许哪些系统调用,而不是像最开始的限制到4个系统调用中。过滤模式是通过使用Berkeley的数据包过滤器做过滤规则匹配,也就是这里的BPF。使用了seccomp-BPF的程序,必须具有此CAP_SYS_ADMIN权限;或者通过使用prctrl把no_new_priv设置bit 位设置成1:

代码语言:javascript
复制
prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1);

在过滤模式下,使用seccomp功能的程序对任意系统调用及其参数进行过滤匹配, 这里需要注意的是匹配参数仅仅只能匹配常数参数, 如果是指针类型是不会对指针进行解引用操作,去匹配指针指向的内存。

Seccomp-BPF 使用的也只是BPF的子集功能:

  • 指令集
    • Conditional JMP(条件判断跳转)
      • 当匹配条件为真,跳转到true指定位置
      • 当 匹配条件为假,跳转到false指定位置
      • 跳转偏移量最大255
    • JMP(直接跳转)
      • 跳转目标是指令偏移量
      • 跳转 偏移量最大255
    • Load(数据读取)
      • 读取程序参数
      • 读取指定的16位内存地址
    • Store(数据存储)
      • 保存数据到指定的16位内存地址中
    • 支持的运算
      • + - * / & | ^ >> << !
    • 返回值
      • SECCOMP_RET_ALLOW - 允许继续使用系统调用
      • SECCOMP_RET_KILL - 终止系统调用
      • SECCOMP_RET_ERRNO - 返回设置的errno值
      • SECCOMP_RET_TRACE - 通知附加的ptrace(如果存在)
      • SECCOMP_RET_TRAP - 往进程发送 SIGSYS信号
  • 最多只能有4096条命令
  • 不能出现循环

Seccomp-BPF程序 接收以下结构作为输入参数:

代码语言:javascript
复制
// 详见 /usr/include/linux/seccomp.h 文件(不同的 Linux 版本可能会有路径差异)
struct seccomp_data {
  int nr ;                    /* System call number */
  __u32 arch ;                /* AUDIT_ARCH_ * value */
  __u64 instruction_pointer ; /* CPU IP */
  __u64 args [6];             /* System call arguments */
};

Seccomp-BPF是过滤系统调用。

具体的系统调用的 接口API可以通过查看 对应系统的声明头文件。

比如我现在用的这台机器是64位的Linux系统,就查看/usr/include/asm/unistd_64.h文件。如果是32位的Linux系统就查看/usr/include/asm/unistd_32.h。

里面去掉前缀"__NR_"就是对应的系统接口API,也就是seccomp可以接管的系统调用。

代码语言:javascript
复制
#ifndef _ASM_X86_UNISTD_64_H
#define _ASM_X86_UNISTD_64_H 1

#define __NR_read 0
#define __NR_write 1
#define __NR_open 2
#define __NR_close 3
#define __NR_stat 4
#define __NR_fstat 5
#define __NR_lstat 6
#define __NR_poll 7
#define __NR_lseek 8
#define __NR_mmap 9
#define __NR_mprotect 10
#define __NR_munmap 11
#define __NR_brk 12
#define __NR_rt_sigaction 13
#define __NR_rt_sigprocmask 14
#define __NR_rt_sigreturn 15
....

Seccomp-BPF 简单应用代码:

代码语言:javascript
复制
#include <errno.h>
#include <linux/audit.h>
#include <linux/filter.h>
#include <linux/seccomp.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

static int install_filter(int syscall_nr, int f_errno) {

    struct sock_filter filter[] = {
        /* [0] Load architecture from 'seccomp_data' buffer into accumulator */
        BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, (offsetof(struct seccomp_data, arch))),

        /* [1] Jump forward 5 instructions if architecture does not match 't_arch' */
        BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, AUDIT_ARCH_X86_64, 0, 5),

        /* [2] Load system call number from 'seccomp_data' buffer into accumulator */
        BPF_STMT(BPF_LD | BPF_W | BPF_ABS, (offsetof(struct seccomp_data, nr))),

        /* [3] Check ABI - only needed for x86-64 in deny-list use
                      cases.  Use BPF_JGT instead of checking against the bit
                      mask to avoid having to reload the syscall number. */
        BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JGT | BPF_K, 0x40000000 - 1, 3, 0),

        /* [4] Jump forward 1 instruction if system call number does not match 'syscall_nr' */
        BPF_JUMP(BPF_JMP | BPF_JEQ | BPF_K, syscall_nr, 0, 1),

        /* [5] Matching architecture and system call: don't execute
                  the system call, and return 'f_errno' in 'errno' */
        BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_ERRNO | (f_errno & SECCOMP_RET_DATA)),

        /* [6] Destination of system call number mismatch: allow other system calls */
        BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW),

        /* [7] Destination of architecture mismatch: kill process */
        BPF_STMT(BPF_RET | BPF_K, SECCOMP_RET_KILL_PROCESS),
    };

    struct sock_fprog prog = {
        .len = sizeof(filter) / sizeof(filter[0]),
        .filter = filter,
    };

    if (prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog) == -1) {
        perror("seccomp");
        return 1;
    }

    return 0;
}

int main(int argc, char **argv) {
    if (argc < 4) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <syscall_nr> <errno> <prog> [<args>]\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0)) {
        perror("prctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (install_filter(strtol(argv[1], NULL, 0), strtol(argv[2], NULL, 0)))
        exit(EXIT_FAILURE);

    execv(argv[4], &argv[4]);
    perror("execv");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

注:只匹配x86_64位架构下的系统调用

把想要阻断的系统调用号, 返回错误码,和需要运行的程序为参数,运行上面的 样 例。如图,阻断了59号系统调用(64位 Linux对应的是execve系统接口),并返回指定的错误码。

03

seccomp与capabilities的区别

一句话总结:seccomp是比capabilities 更细粒度的capabilities权限限制系统内核提供的能力。

如果针对单一容器来说,配置的工作量都差不多。但是如果需要大批量的配置多个 相同的容器,seccomp就相对来说容易得多;定义好一份seccomp的配置文件,在多个容器加载的时候,指定该份配置文件就可以省掉单个容器的配置。

capabilities一共 限制了39个系统能力:

代码语言:javascript
复制
CAP_AUDIT_CONTROL (since Linux 2.6.11)
CAP_AUDIT_READ (since Linux 3.16)
CAP_AUDIT_WRITE (since Linux 2.6.11)
CAP_BLOCK_SUSPEND (since Linux 3.5)
CAP_BPF (since Linux 5.8)
CAP_CHECKPOINT_RESTORE (since Linux 5.9)
CAP_CHOWN
CAP_DAC_OVERRIDE
CAP_DAC_READ_SEARCH
CAP_FOWNER
CAP_FSETID
CAP_IPC_LOCK
CAP_IPC_OWNER
CAP_KILL
CAP_LEASE (since Linux 2.4)
CAP_LINUX_IMMUTABLE
CAP_MAC_ADMIN (since Linux 2.6.25)
CAP_MAC_OVERRIDE (since Linux 2.6.25)
CAP_MKNOD (since Linux 2.4)
CAP_NET_ADMIN
CAP_NET_BIND_SERVICE
CAP_NET_BROADCAST
CAP_NET_RAW
CAP_PERFMON (since Linux 5.8)
CAP_SETGID
CAP_SETFCAP (since Linux 2.6.24)
CAP_SETPCAP
CAP_SETUID
CAP_SYS_ADMIN
CAP_SYS_BOOT
CAP_SYS_CHROOT
CAP_SYS_MODULE
CAP_SYS_NICE
CAP_SYS_PACCT
CAP_SYS_PTRACE
CAP_SYS_RAWIO
CAP_SYS_RESOURCE
CAP_SYSLOG (since Linux 2.6.37)
CAP_WAKE_ALARM (since Linux 3.0)

Seccomp是对系统接口的限制,也就是系统接口有多少个,Seccomp就能管理多少个。查看上面提到的unistd_64.h头文件,一共有427个(不同的Linux版本会有差异):

代码语言:javascript
复制
#define __NR_statx 332
#define __NR_io_pgetevents 333
#define __NR_rseq 334
#define __NR_io_uring_setup 425
#define __NR_io_uring_enter 426
#define __NR_io_uring_register 427

#endif /* _ASM_X86_UNISTD_64_H */

04

容器中seccomp的使用

容器中 seccomp的使用,本质是对Seccomp-BPF的再封装使用;通过简单的配置文件来达快速设置多个容器的seccomp安全应用(以下全部以docker为例)。

docker中,通过配置一个profile.json文件来告知容器需要限制的系统 API,比如:

代码语言:javascript
复制
{
    "defaultAction": "SCMP_ACT_ALLOW",
    "syscalls": [
        {
            "name": "mkdir",
            "action": "SCMP_ACT_ERRNO",
            "args": []
        }
    ]
}

在这个配置文件中,默认情况下允许容器执行除“ mkdir”以外的全部系统调用。如 图:在容器内执行“ mkdir /home/test”生成新目录失败

而docker默认加载的seccomp配置内容在github上可以查看:https://github.com/moby/moby/blob/master/profiles/seccomp/default.json

配置文件里面禁用了40+的系统调用,允许了300+的系统调用。 有点黑白名单的意思。

05

总结

在容器环境里面有AppArmor、 SElinux、Capability、Seccomp等安全加固技术。从一个攻击者的角度,如果Java/Python等攻击软件已经在容器内,想获取到root权限,那么就需要突破三层防护(JVM/Python->libc->Seccomp-BPF)到达内核获取最高的权限直接root。而 Seccomp-BPF就做为容器的最后一层安全防线。

seccomp做为容器中最后一道安全防御机制, 本质是对seccomp-BPF的再封闭使用,来达到最小权限来运行Docker容器,而从避免恶意软件对容器本身越权的行为,把恶意行为限制到容器内, 避免扩散。

参考:

https://lwn.net/Articles/656307/

https://www.man7.org/linux/man-pages/man2/seccomp.2.html

https://man7.org/linux/man-pages/man7/capabilities.7.html

https://lwn.net/Articles/120647/

https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/filter.txt

https://man7.org/conf/lpc2015/limiting_kernel_attack_surface_with_seccomp-LPC_2015-Kerrisk.pdf

https://github.com/seccomp/libseccomp

https://docs.docker.com/engine/security/seccomp/

END

关于鲲鹏安全实验室

鲲鹏安全实验室专注于容器安全和业务灰黑产对抗的研究,收集和挖掘容器相关技术的安全漏洞,采集业务灰黑产情报,研究对抗手段。并将研究成功转换为产品和服务。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2021-02-22,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 CNCF 微信公众号,前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • Seccomp是 "secure computing" 的 缩写。是Linux内核2.6.12版本(2005年3月8日)中引入。最开始的引入的目的是把服务器上多余的CPU出借出去,跑一些安全系数低的程序;所以当时只允许4个系统调用:
  • 如果调用其它系统API,就会收到 SIGKILL 信号退出。
相关产品与服务
容器服务
腾讯云容器服务(Tencent Kubernetes Engine, TKE)基于原生 kubernetes 提供以容器为核心的、高度可扩展的高性能容器管理服务,覆盖 Serverless、边缘计算、分布式云等多种业务部署场景,业内首创单个集群兼容多种计算节点的容器资源管理模式。同时产品作为云原生 Finops 领先布道者,主导开源项目Crane,全面助力客户实现资源优化、成本控制。
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档