Linux的capability深入分析（1）

时间：2023-09-03 17:24:54

一)概述:

1)从2.1版开始,Linux内核有了能力(capability)的概念,即它打破了UNIX/LINUX操作系统中超级用户/普通用户的概念,由普通用户也可以做只有超级用户可以完成的工作.
2)capability可以作用在进程上(受限),也可以作用在程序文件上,它与sudo不同,sudo只针对用户/程序/文件的概述,即sudo可以配置某个用户可以执行某个命令,可以更改某个文件,而capability是让某个程序拥有某种能力,例如:
capability让/tmp/testkill程序可以kill掉其它进程,但它不能mount设备节点到目录,也不能重启系统,因为我们只指定了它kill的能力,即使程序有问题也不会超出能力范围.
3)每个进程有三个和能力有关的位图:inheritable(I),permitted(P)和effective(E),对应进程描述符task_struct(include/linux/sched.h)里面的cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted,所以我们可以查看/proc/PID/status来查看进程的能力.
4)cap_effective:当一个进程要进行某个特权操作时,操作系统会检查cap_effective的对应位是否有效,而不再是检查进程的有效UID是否为0.
例如,如果一个进程要设置系统的时钟,Linux的内核就会检查cap_effective的CAP_SYS_TIME位(第25位)是否有效.
5)cap_permitted:表示进程能够使用的能力,在cap_permitted中可以包含cap_effective中没有的能力，这些能力是被进程自己临时放弃的,也可以说cap_effective是cap_permitted的一个子集.
6)cap_inheritable:表示能够被当前进程执行的程序继承的能力.
二)capability的设定与清除
我们在下面的程序中给当前的进程设定能力,最后我们清除掉所设定的能力,源程序如下:
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <unistd.h>
  6. #undef _POSIX_SOURCE
  7. #include <sys/capability.h>
  8. extern int errno;
  9. void whoami(void)
  10. {
  11. printf("uid=%i  euid=%i  gid=%i\n", getuid(), geteuid(), getgid());
  12. }
  13. void listCaps()
  14. {
  15. cap_t caps = cap_get_proc();
  16. ssize_t y = 0;
  17. printf("The process %d was give capabilities %s\n",(int) getpid(), cap_to_text(caps, &y));
  18. fflush(0);
  19. cap_free(caps);
  20. }
  21. int main(int argc, char **argv)
  22. {
  23. int stat;
  24. whoami();
  25. stat = setuid(geteuid());
  26. pid_t parentPid = getpid();
  27. if(!parentPid)
  28. return 1;
  29. cap_t caps = cap_init();
  30. cap_value_t capList[5] ={ CAP_NET_RAW, CAP_NET_BIND_SERVICE , CAP_SETUID, CAP_SETGID,CAP_SETPCAP } ;
  31. unsigned num_caps = 5;
  32. cap_set_flag(caps, CAP_EFFECTIVE, num_caps, capList, CAP_SET);
  33. cap_set_flag(caps, CAP_INHERITABLE, num_caps, capList, CAP_SET);
  34. cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);
  35. if (cap_set_proc(caps)) {
  36. perror("capset()");
  37. return EXIT_FAILURE;
  38. }
  39. listCaps();
  40. printf("dropping caps\n");
  41. cap_clear(caps);  // resetting caps storage
  42. if (cap_set_proc(caps)) {
  43. perror("capset()");
  44. return EXIT_FAILURE;
  45. }
  46. listCaps();
  47. cap_free(caps);
  48. return 0;
  49. }
编译:
gcc capsettest.c -o capsettest -lcap
运行:
./capsettest 
uid=0  euid=0  gid=0
The process 2383 was give capabilities = cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_net_bind_service,cap_net_raw+eip
dropping caps
The process 2383 was give capabilities =
注:
1)我们对该进程增加了5种能力,随后又清除了所有能力.
2)首先通过cap_init()初始化存放cap能力值的状态,随后通过cap_set_flag函数的调用,将三种位图的能力设置给了变量caps,再通过cap_set_proc(caps)设定当前进程的能力值,通过cap_get_proc()返回当前进程的能力值,最后通过cap_free(caps)释放能力值.
3)cap_set_flag函数的原型是:
int cap_set_flag(cap_t cap_p, cap_flag_t flag, int ncap,const cap_value_t *caps, cap_flag_value_t value);
我们这里的调用语句是:cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);
第一个参数cap_p是存放能力值的变量,是被设定值.这里是caps.
第二个参数flag是是三种能力位图,这里是CAP_PERMITTED.
第三个参数ncap是要设定能力的个数,这里是num_caps,也就是5.
第四个参数*caps是要设定的能力值,这里是capList数组,也就是CAP_NET_RAW, CAP_NET_BIND_SERVICE , CAP_SETUID, CAP_SETGID,CAP_SETPCAP.
第五个参数value是决定要设定还是清除,这里是CAP_SET.
4)cap_set_proc函数的原型是:int cap_set_proc(cap_t cap_p);
cap_set_proc函数通过cap_p中的能力值设定给当前的进程.
5)cap_get_proc函数的原型是:cap_t cap_get_proc(void);
cap_get_proc函数返回当前进程的能力值给cap变量.
6)cap_free函数的原型是:cap_free(caps);
cap_free函数清理/释放cap变量.
7)如果我们fork()了子进程,那么子进程继承父进程的所有能力.
8)不能单独设定CAP_EFFECTIVE,CAP_INHERITABLE位图,必须要和CAP_PERMITTED联用,且CAP_PERMITTED一定要是其它两个位图的超集.
9)如果两次调用cap_set_proc函数,第二次调用的值力值不能少于或多于第一次调用.如第一次我们授权chown,setuid能力,第二次只能是chown,setuid不能是其它的能力值.
10)普通用户不能给进程设定能力.
三)进程的能力掩码:
我们可以通过下面的程序获取当前进程的掩码,它是通过capget函数来获取指定进程的能力掩码,当然我们也可以用capset来设定掩码,下面获取掩码的体现:
  1. #undef _POSIX_SOURCE
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <stdio.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <unistd.h>
  6. #include <linux/capability.h>
  7. #include <errno.h>
  8. int main()
  9. {
  10. struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
  11. cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;
  12. struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
  13. cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;
  14. cap_header->pid = getpid();
  15. cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;
  16. if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
  17. perror("Failed capget");
  18. exit(1);
  19. }
  20. printf("Cap data 0x%x, 0x%x, 0x%x\n", cap_data->effective,cap_data->permitted, cap_data->inheritable);
  21. }
gcc capget0.c -o capget0 -lcap
普通用户:
./capget0 
Cap data 0x0, 0x0, 0x0
超级用户:
/home/test/capget0 
Cap data 0xffffffff, 0xffffffff, 0x0
这也说明了默认情况下,root运行的进程是什么权限都有,而普通用户则什么权限都没有.
我们可以将本程序与上面的程序进行整合,如下:
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <sys/types.h>
  5. #include <unistd.h>
  6. #undef _POSIX_SOURCE
  7. #include <sys/capability.h>
  8. extern int errno;
  9. void whoami(void)
  10. {
  11. printf("uid=%i  euid=%i  gid=%i\n", getuid(), geteuid(), getgid());
  12. }
  13. void listCaps()
  14. {
  15. cap_t caps = cap_get_proc();
  16. ssize_t y = 0;
  17. printf("The process %d was give capabilities %s\n",(int) getpid(), cap_to_text(caps, &y));
  18. fflush(0);
  19. cap_free(caps);
  20. }
  21. int main(int argc, char **argv)
  22. {
  23. int stat;
  24. whoami();
  25. stat = setuid(geteuid());
  26. pid_t parentPid = getpid();
  27. if(!parentPid)
  28. return 1;
  29. cap_t caps = cap_init();
  30. cap_value_t capList[5] ={ CAP_NET_RAW, CAP_NET_BIND_SERVICE , CAP_SETUID, CAP_SETGID,CAP_SETPCAP } ;
  31. unsigned num_caps = 5;
  32. cap_set_flag(caps, CAP_EFFECTIVE, num_caps, capList, CAP_SET);
  33. cap_set_flag(caps, CAP_INHERITABLE, num_caps, capList, CAP_SET);
  34. cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);
  35. if (cap_set_proc(caps)) {
  36. perror("capset()");
  37. return EXIT_FAILURE;
  38. }
  39. listCaps();
  40. cap_free(caps);
  41. struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
  42. cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;
  43. struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
  44. cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;
  45. cap_header->pid = getpid();
  46. cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;
  47. if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
  48. perror("Failed capget");
  49. exit(1);
  50. }
  51. printf("Cap data 0x%x, 0x%x, 0x%x\n", cap_data->effective,cap_data->permitted, cap_data->inheritable);
  52. sleep(60);
  53. return 0;
  54. }
编译并执行:
gcc capsettest.c -o capsettest -lcap
./capsettest
uid=0  euid=0  gid=0
The process 3101 was give capabilities = cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_net_bind_service,cap_net_raw+eip
Cap data 0x25c0, 0x25c0, 0x25c0
注:0x25c0=10 0101 1100 0000(二进制)
对映的能力如下:
cap_setgid=6(位)
cap_setuid=7(位)
cap_setpcap=8(位)
cap_net_bind_service=10(位)
cap_net_raw=13(位)
在程序sleep的时候,我们查看一下进程的status,如下:
cat /proc/`pgrep capsettest`/status
略
CapInh: 00000000000025c0
CapPrm: 00000000000025c0
CapEff: 00000000000025c0
CapBnd: ffffffffffffffff
略
我们看到进程的status也反映了它的能力状态.
CapBnd是系统的边界能力,我们无法改变它.

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