Seccomp

seccomp (сокр. от англ. secure computing mode) - механизм ядра Linux, который даёт возможность ограничивать набор доступных системных вызовов для приложений, а также производить сложную фильтрацию вызовов и их аргументов с помощью BPF-программ. Впервые появился в ядре версии 2.6.12 в 2005 году. На данный момент существует для архитектур x86 и x86_64.

История

Первое появление - март 2005 года (версия 2.6.12). Автору оригинального патча, Andrea Arcangeli, требовалась возможность предоставлять ресурсы компьютера для исполнения стороннего кода в рамках проекта CPUShare. Чтобы включить seccomp, процесс был должен записать 1 в файл /proc/PID/seccomp. После этого процесс мог выполнить только 4 системных вызова: read(), write(), exit(), и sigreturn(). Затем, в 2007 году, в версии 2.6.23, была добавлена возможность включения seccomp через prctl() с помощью операции PR_SET_SECCOMP, а интерфейс взаимодействия через /proc был убран.

Не смотря на то, что проект CPUShare, для которого seccomp был придуман, не стал популярным, а затем вообще закрылся, seccomp остался в ядре Linux. Но феврале 2009 года в коде seccomp обнаружилась уязвимость. Она была основана на том факте, что в 32-разрядной и 64-разрядной версиях Linux одним и тем же номерам соответствуют разные системные вызовы. Например, разрешенному вызову read() из 64-битной версии соответствует запрещённый вызов restart_syscall() из 32-битной версии. После этого встал вопрос о присутствии seccomp в Linux. В частности, Линус Торвальдс предположил, что seccomp никем не используется.

Так как seccomp был достаточно прост для использования, у разработчиков Google Chrome возникла идея реализовать на его основе средство для запуска сторонних плагинов. Но простого блокирования четырёх системных вызовов было недостаточно для этой задачи. Хотя споры о существовании seccomp в рамках ядра Linux продолжались - даже предлагалось осуществлять контроль над системными вызовами с помощью инструмента трассировки ftrace - в 2012 году, в версии 3.5, добавлен второй режим работы - SECCOMP_MODE_FILTER, значительно расширивший возможности seccomp. Теперь процесс сам смог выбирать, какие вызовы разрешить или запретить, присоединяя соответствующую BPF-программу.

Для упрощения использования seccomp, в 2013 году, в версии 3.8, добавлено поле "Seccomp" в /proc/PID/status, которое позволяет узнать, включен ли seccomp (после того как включение убрали из /proc, узнать, работает ли уже включенный seccomp, было невозможно без завершения процесса). В 2014 году, в версии 3.17, добавлен специальный системный вызов - seccomp(), который частично повторяет функциональность prctl().

В ноябре 2017 года, с выходом glibc 2.26, стала очевидной новая проблема: поскольку в программах на языке C системные вызовы делаются не напрямую, а через обёртки стандартной библиотеки, названия которых могут не совпадать с названиями системных вызовов, запрет какого-либо вызова может неожиданным образом повлиять на программу. Например, функция open() из стандартной библиотеки glibc версии 2.26 реализована через системный вызов openat(), который не совпадает с вызовом open() и может быть ошибочно заблокирован автором фильтра.

Описание

Чтобы включить в программе seccomp, можно воспользоваться системным вызовом seccomp() или prctl(). На данный момент, существуют два режима работы seccomp: SECCOMP_MODE_STRICT и SECCOMP_MODE_FILTER. Узнать, включен ли seccomp и в каком режиме, можно из поля "Seccomp" в файла /proc/[pid]/status. Поле принимает значения 0, 1 или 2: 0 - seccomp для процесса не включен, 1 - seccomp в режиме SECCOMP_MODE_STRICT, 2 - в режиме SECCOMP_MODE_FILTER.

SECCOMP_MODE_STRICT

Был единственным режимом работы до Linux 3.5. Чтобы его можно было использовать, ядро должно быть сконфигурировано с ключом CONFIG_SECCOMP=y.

Чтобы войти в этот режим, нужно сделать вызов prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_STRICT) или, что тоже самое, seccomp(SECCOMP_SET_MODE_STRICT, 0, NULL). Теперь процесс может использовать только 4 системных вызова: read(), write(), _exit() и sigreturn(). Результатом использования других системных вызовов будет прерывание процесса сигналом SIGKILL. Поскольку системный вызов open() запрещён, если потребуется проверка включения seccomp, файл status из procfs стоит открыть с правами на чтения до включения seccomp в процессе.

SECCOMP_MODE_FILTER

Режим работы, который появился в ядре Linux версии 3.5. Доступен, если при сборке ядра был установлен флаг CONFIG_SECCOMP_FILTER=y.

Перед тем как переходить в этот режим, нужно выполнить вызов prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1) и, таким образом, установить для процесса бит no_new_privs. Это обязательное требование объясняется тем, что иначе непривилегированный процесс мог бы выполнить привилегированную программу с помощью execve(). Если этого не сделать, то переход в режим SECCOMP_MODE_FILTER не удастся.

После установки бита no_new_privs, чтобы присоединить к процессу фильтр, нужно выполнить вызов prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, args) или seccomp(SECCOMP_SET_MODE_FILTER, 0, args), где args - указатель на структуру sock_fprog, которая из состоит массива BPF-инструкций и его длины. Фильтр запускается каждый раз, когда процесс совершает системный вызов. При запуске фильтр получает на вход структуру с данными о номере системного вызова, архитектуре, текущем состоянии счётчика команд и аргументах вызова. Фильтр обязательно должен возвратить 32-битное значение, в котором верхние 16 бит содержат код действия, которое будет произведено, а нижние 16 бит содержат данные. Если в алгоритме фильтра по ошибке не предусмотрен возврат значения, то он не пройдет статический анализ и такой фильтр присоединен не будет.

Если к процессу присоединено несколько фильтров, то они будут запущены в порядке, обратном порядку их добавления, даже если один из фильтров должен убить процесс. В таком случае, возвращаемое значение системного вызова будет определяться первым (по порядку запуска фильтров) возвращаемым значением с наивысшим приоритетом, в соответствии с таблицей (в порядке уменьшения приоритета):

Действие	Результат
SECCOMP_RET_KILL	Системный вызов не выполняется, процесс будет убит с помощью сигнала SIGSYS
SECCOMP_RET_TRAP	Системный вызов не выполняется, процесс получает сигнал SIGSYS, обработчику сигнала доступна информация о системном вызове, который привел к этому результату
SECCOMP_RET_ERRNO	Системный вызов не выполняется, в переменной errnoнаходится возвращаемое значение фильтра
SECCOMP_RET_TRACE	Если с помощью ptrace() для процесса указан трассировщик, то он будет уведомлён о вызове. Если не указан, то системный вызов не выполняется
SECCOMP_RET_ALLOW	Системный вызов выполняется

libseccomp

libseccomp - библиотека, которая позволяет создавать фильтры для seccomp, не кодируя BPF-инструкции вручную. Предоставляет API в виде макросов для составления правил и функций для добавления этих правил, загрузки фильтра, генерации BPF-кода и т.д. Появилась в 2012 году.

Примеры использования

Включение режима SECCOMP_MODE_STRICT

# include <stdio.h>
# include <unistd.h>
# include <linux/seccomp.h>
# include <sys/prctl.h>
# include <fcntl.h>

int main () {
    int fd; 

    prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_STRICT);

    fprintf(stderr, "try open\n");
    fd = open("test_file", O_CREAT);
    fprintf(stderr, "fd = %d", fd);

    return 0;
}

Результат работы:

$ gcc test_seccomp.c -o test_seccomp
$ ./test_seccomp
try open
Killed

В приведённом примере, после вызова prctl() процесс работает ровно до момента, когда попытается сделать вызов open().

ПО, использующее seccomp

• Операционная система Chrome OS
• В операционной системе Android Oreo seccomp используется для запрета приложениям делать некоторые системные вызовы.
• Браузер Firefox использует seccomp для безопасного запуска плагинов.
• FTP-сервер vsftpd
• Flatpak, инструмент для распространения и установки приложений внутри контейнеров. Seccomp обеспечивает безопасный запуск программ внутри песочницы.
• Система виртуализации Docker
• Браузер с открытым исходным кодом Chromium, на котором основан браузер Google Chrome
• Система контейнерной виртуализации LXC

Литература

• Steven McCanne, Van Jacobson. The BSD Packet Filter: A New Architecture for User-level Packet Capture // 1993 Winter USENIX. — San Diego, CA, 1993. — 2 января.
• Greg Kroah-Hartman. Linux Kernel in a Nutshell. — 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472: O'Reilly Media, 2007. — 208 с. — ISBN 978-0596100797.
• Michael Kerrisk. The Linux Programming Interface. — San Francisco: No Starch Press, 2010. — 1556 с. — ISBN 978-1-59327-220-3.
• Jake Edge, Michael Kerrisk. A seccomp overview // LWN.net : Linux Plumbers Conference. — Seattle, Washington, USA, 2015. — 1 сентября.
• Taesoo Kim, Nickolai Zeldovich. Practical and effective sandboxing for non-root users // 2013 USENIX Annual Technical Conference. — 2013.
• Ma Bo, Mu Dejun, Fan Wei, Hu Wei. Improvements the Seccomp sandbox based on PBE theory (англ.) // IEEE. — 2013. — 01 Июль. — doi:10.1109/WAINA.2013.81.
• Imamjafar Borate, Chavan R. K. Sandboxing in Linux: From Smartphone to Cloud (англ.) // International Journal of Computer Applications. — 2016. — Август (т. 148, № 8).
• Senthil Kumaran S. Practical LXC and LXD: Linux Containers for Virtualization and Orchestration. — Apress, 2017. — С. 147. — 159 с. — ISBN 978-1-4842-3024-4.
• Adrian Mouat. Using Docker: Developing and Deploying Software with Containers. — 1005 Gravenstein Highway North, Sebastopol, CA 95472: O'Reilly Media, 2015. — С. 320. — 354 с.
• Kurt Dietrich, Johannes Winter. Towards a Trustworthy, Lightweight CLoud Computing Framework for Embedded Systems. — Pittsburgh, PA, USA: Springer, 2011. — Июнь.
• Anto.Y. Chrome OS and Secret of Google. — Lambert Academic Publishing, 2012. — С. 41. — 228 с. — ISBN 978-3-659-17127-7.

Ссылки

• seccomp/seccomp_perf.c - пример использования seccomp из The Linux Programming Interface. (англ.)
• Documentation/prctl/seccomp_filter.txt, часть документации ядра Linux kernel (англ.)
• Security In-Depth for Linux Software: Preventing and Mitigating Security Bugs / 2009 год  (англ.)
• A seccomp overview (англ.)
• Seccomp and sandboxing (англ.)
• http://outflux.net/blog/archives/2012/03/22/seccomp-filter-now-in-ubuntu/  (англ.)
• https://xakep.ru/2013/01/11/unix-apps-limit-launch/  (рус.)