Linux权限控制的基本原理

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这里,我们主要介绍 Linux 系统中,权限控制的基本原理。

安全模型

在 Linux 系统中,我们所有的操作实质都是在进行进程访问文件的操作。我们访问文件需要先取得相应的访问权限,而访问权限是通过 Linux 系统中的安全模型获得的。

对于 Linux 系统中的安全模型,我们需要知道下面两点

  1. 后来又增加设计了一个新的安全模型叫 MAC, 全称是 Mandatory Access Control, 翻译为强制访问控制。

注意, MAC 和 DAC 不是互斥的, DAC 是最基本的安全模型,也是通常我们最常用到的访问控制机制是 Linux 必须具有的功能, 而 MAC 是构建在 DAC 之上的加强安全机制,属于可选模块。访问前, Linux 系统通常都是先做 DAC 检查, 如果没有通过则操作直接失败 ; 如果通过 DAC检查并且系统支持 MAC 模块,再做 MAC 权限检查。

为区分两者,我们将支持 MAC 的 Linux 系统称作 SELinux, 表示它是针对 Linux 的安全加强系统。

这里,我们将讲述 Linux 系统中的 DAC 安全模型。

DAC 安全模型

DAC 的核心内容是:在 Linux 中,进程理论上所拥有的权限与执行它的用户的权限相同。其中涉及的一切内容,都是围绕这个核心进行的。

用户和组 ID 信息控制

用户、组、口令信息

通过 /etc/passwd 和 /etc/group 保存用户和组信息,通过 /etc/shadow 保存密码口令及其变动信息, 每行一条记录。

用户和组分别用 UID 和 GID 表示,一个用户可以同时属于多个组,默认每个用户必属于一个与之 UID 同值同名的 GID 。

对于 /etc/passwd , 每条记录字段分别为 用户名: 口令(在 /etc/shadow 加密保存):UID:GID(默认 UID): 描述注释: 主目录: 登录 shell(第一个运行的程序)

对于 /etc/group , 每条记录字段分别为 组名:口令(一般不存在组口令):GID:组成员用户列表(逗号分割的用户 UID 列表)

对于 /etc/shadow ,每条记录字段分别为: 登录名: 加密口令: 最后一次修改时间: 最小时间间隔: 最大时间间隔: 警告时间: 不活动时间:

以下是对用户和组信息的举例。 /etc/shadow 中的口令信息为加密存储,不举例。

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文件权限控制信息

文件类型

Linux 中的文件有如下类型:

  • 普通文件, 又包括文本文件和二进制文件, 可用 touch 创建;
  • 套接字文件, 用于网络通讯,一般由应用程序在执行中间接创建;
  • 管道文件是有名管道,而非无名管道, 可用 mkfifo 创建;
  • 字符文件和块文件均为设备文件, 可用 mknod 创建;
  • 链接文件是软链接文件,而非硬链接文件, 可用 ln 创建。

访问权限控制组

分为三组进行控制:

  • user 包含对文件属主设定的权限
  • group 包含对文件属组设定的权限
  • others 包含对其他者设定的权限

可设定的权限

下面给出常见(但非全部)的权限值, 包括:

  • r 表示具有读权限。
  • w 表示具有写权限。
  • x 一般针对可执行文件 / 目录,表示具有执行 / 搜索权限。
  • s 一般针对可执行文件 / 目录,表示具有赋予文件属主权限的权限,只有 user 和 group 组可以设置该权限。
  • t 一般针对目录,设置粘滞位后,有权限的用户只能写、删除自己的文件, 否则可写、删除目录所有文件。旧系统还表示可执行文件运行后将 text 拷贝到交换区提升速度。

通过 ls -l 可以查看到其文件类型及权限,通过 chmod 修改权限。

举例来说,

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输出中, 第 1 个字符表示文件类型,其中,普通文件 (-)、目录文件 (d)、套接字文件 (s),管道文件 (p),字符文件 (c),块文件 (b),链接文件 (l); 第 2 个字符开始的 -rwxr-xr-x 部分表示文件的权限位,共有 9 位。

对于文件 /usr/bin/qemu-i386 , 这个权限控制的含义是:

  1. 第 2~4 位的 rwx 表示该文件可被它的 owner (属主)以 r 或 w 或 x 的权限访问。
  2. 第 5~7 位的 r-x 表示该文件可被与该文件同一属组的用户以 r 或 x 的权限访问
  3. 第 8~10 位的 r-x 表示该文件可被其它未知用户以 r 或 x 的权限访问。

对于 test/, test2/, test3/ 设定的权限:

  1. r,w,x 权限对每一权限控制组的权限用一位 8 进制来表示; 例如: 755 表示 rwxr-xr-x 。
  2. s,t 权限会替代 x 位置显示;设定 s,t 权限则需在对应的、用于控制 r,w,x 的 8 进制权限控制组前追加数字; s 权限用于属主属组控制, t 用于其它控制。
  3. 设定属主 s 需追加 4, 设定属组 s 追加 2, 设定其它者 t 权限追加 1 ; 例如前面对 test/ 设定 t, 则用 1775, 表示 rwxrwxr-t 。

进程权限控制信息

进程权限

对于进程,有如下属性与文件访问权限相关:

  • effective user id : 进程访问文件权限相关的 UID (简写为 euid )。
  • effective group id : 进程访问文件权限相关的 GID (简写为 egid )。
  • real user id : 创建该进程的用户登录系统时的 UID (简写为 ruid )。
  • real group id :  创建该进程的用户登录系统时的 GID (简写为 rgid )。
  • saved set user id : 拷贝自 euid 。
  • saved set group id : 拷贝自 egid 。

举例

我们可以使用 ps 和 top 选择查看具有 euid 和 ruid 的进程。或者通过 top 来查看进程的euid 和 ruid

通过 top 来查看的例子:

  1. 首先输入 top 得到类似如下

(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

这里通过 -d 选项延长 top 的刷新频率便于操作。此处可见,只有 USER 字段,表示相应进程的effective user id.

  1. 打开 read user id 的显示选项

    a.  在 top 命令运行期间,输入 f, 可以看见类似如下行:

(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

b.  输入 c 即可打开 Real user name 的显示开关。

(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

c.  最后 Return 回车回到 top 中,即可看到 real user id 的选项。此时输入`o`,可调整列次序。最终我们可看到包含`effective user id`和`real user id`的输出如下:

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进程访问文件的权限控制策略

规则

进程访问文件大致权限控制策略

对于进程访问文件而言,最重要的是 euid, 所以其权限属性均以 euid 为 "中心"。

  • 进程的 euid 一般默认即为 其 ruid 值

  • 若可执行文件的可执行权限位为 s ,进程对其调用 exec 后,其 euid 被设置为该可执行文件的 user id

  • 进程的 saved set user id 拷贝自 euid.

  • 当进程的 euid 与文件的 user id 匹配时,进程才具有文件 user 权限位所设定的权限

  • 组权限 egid 的控制规则类似。

通过 exec 执行文件修改权限属性

通过 exec 调用可执行文件之时:

  • 进程 ruid 值始终不变;

  • saved set-user ID 始终来自 euid ;

  • euid 值取决于文件的 set-user-ID 位是否被设置。

如下:

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(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

通过 setuid(uid) 系统调用修改权限属性

通过 setuid(uid) 修改权限属性之时:

  • superuser 可顺利修改 ruid, euid, saved set-user ID ;

  • unprivileged user 只能在 uid 与 ruid 相等时修改 euid, 其它无法修改。

如下:

举例

再举几个比较特别的例子:

设置了 set-user-id

(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

如前所述,这个输出的含义是,对于 /usr/bin/sudo 文件,

  • 第 1~3 位的 rws 表示该文件可被它的 owner(属主)以 r 或 w 或 s 的权限访问

  • 第 4~6 位的 r-x 表示该文件可被与该文件同一属组的用户以 r 或 x 的权限访问。

  • 第 7~9 位的 r-x 表示该文件可被其它未知用户以 r 或 x 的权限访问。

这样设置之后,对于 owner,具有读、写、执行权限,这一点没有什么不同。但是对于不属于 root 组的普通用户进程来说,却大不相同。

普通用户进程执行 sudo 命令时通过其 others 中的 x 获得执行权限,再通过 user 中的 s 使得普通用户进程临时具有了 sudo 可执行文件属主 ( root ) 的权限,即超级权限。

这也是为什么通过 sudo 命令就可以让普通用户执行许多管理员权限的命令的原因。

设置了 stick-bit

(鐐瑰嚮鏀惧ぇ鍥惧儚)

这样设置之后,对于 /tmp 目录,任何人都具有读、写、执行权限,这一点没有什么不同。但是对于 others 部分设置了粘滞位 t, 其功能却大不相同。

若目录没设置粘滞位,任何对目录有写权限者都则可删除其中任何文件和子目录,即使他不是相应文件的所有者,也没有读或写许可 ; 设置粘滞位后,用户就只能写或删除属于他的文件和子目录。

这也是为什么任何人都能向 /tmp 目录写文件、目录,却只能写和删除自己拥有的文件或目录的原因。

举一个 man 程序的应用片断,描述 set-user-id 和 saved set-user-id 的使用

man 程序可以用来显示在线帮助手册, man 程序可以被安装指定 set-user-ID 或者 set-group-ID 为一个指定的用户或者组。

man 程序可以读取或者覆盖某些位置的文件,这一般由一个配置文件 (通常是/etc/man.config 或者 /etc/manpath.config ) 或者命令行选项来进行配置。

man 程序可能会执行一些其它的命令来处理包含显示的 man 手册页的文件。

为防止处理出错, man 会从两个特权之间进行切换:运行 man 命令的用户特权,以及 man 程序的拥有者的特权。

需要抓住的主线:当只执行 man 之时,进程特权就是 man 用户的特权, 当通过 man 执行子进程(如通过 !bash 引出 shell 命令)时,用户切换为当前用户,执行完又切换回去。

过程如下:

  1. 假设 man 程序文件被用户 man 所拥有,并且已经被设置了它的 set-user-ID 位,当我们exec 它的时候,我们有如下情况:

    • real user ID = 我们的用户 UID

    • effective user ID = man 用户 UID

    • saved set-user-ID = man 用户 UID

  2. man 程序会访问需要的配置文件和 man 手册页。这些文件由 man 用户所拥有,但是由于effective user ID 是 man, 文件的访问就被允许了。

  3. 在 man 为我们运行任何命令的时候,它会调用 setuid(getuid())) (getuid() 返回的是real user id).

    因为我们不是 superuser 进程,这个变化只能改变 effective user ID. 我们会有如下情况:

    现在 man 进程运行的时候把我们得 UID 作为它的 effective user ID. 这也就是说,我们只能访问我们拥有自己权限的文件。也就是说,它能够代表我们安全地执行任何 filter.

    • real user ID = 我们的用户 UID(不会被改变)

    • effective user ID = 我们的用户 UID

    • saved set-user-ID = man 的用户 UID(不会被改变)

  4. 当 filter 做完了的时候, man 会调用 setuid(euid).

    这里, euid 是 man 用户的 UID.(这个 ID 是通过 man 调用 geteuid 来保存的) 这个调用是可以的,因为 setuid 的参数和 saved set-user-ID 是相等的。(这也就是为什么我们需要saved set-user-ID). 这时候我们会有如下情况:

    • real user ID = 我们的用户 UID(不会被改变)

    • effective user ID = man 的 UID

    • saved set-user-ID = man 的用户 UID(不会被改变)

  5. 由于 effective user ID 是 man, 现在 man 程序可以操作它自己的文件了。

    通过这样使用 saved set-user-ID, 我们可以在进程开始和结束的时候通过程序文件的 set-user-ID 来使用额外的权限。然而,期间我们却是以我们自己的权限运行的。如果我们无法在最后切换回 saved set-user-ID, 我们就可能会在我们运行的时候保留额外的权限。

下面我们来看看如果 man 启动一个 shell 的时候会发生什么:

  • 这里的 shell 是 man 使用 fork 和 exec 来启动的。

  • 因为这时 real user ID 和 effective user ID 都是我们的普通用户 UID(参见 step3), 所以 shell 没有其它额外的权限.

  • 启动的 shell 无法访问 man 的 saved set-user-ID(man) , 因为 shell 的 saved set-user-ID 是由 exec 从 effective user ID 拷贝过来的。

  • 在执行 exec 的子进程 ( shell ) 中,所有的 user ID 都是我们的普通用户 ID.

实际上,我们描述 man 使用 setuid 函数的方法不是特别正确,因为程序可能会 set-user-ID为 root . 这时候, setuid 会把所有三种 uid 都变成你设置的 id,但是我们只需要设置effective user ID.

作者介绍

吕凯,大连理工大学硕士,现为 TPV 资深主任工程师。关注软件开发、系统运维、内容管理、行动管理等领域,喜欢计数写作及分享。

感谢木环对本文的审校。

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