Linux的capability深入分析（1）

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:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#undef _POSIX_SOURCE
#include <sys/capability.h>

extern int errno;

void whoami(void)
{
    printf("uid=%i  euid=%i  gid=%i
", getuid(), geteuid(), getgid());
}

void listCaps()
{
    cap_t caps = cap_get_proc();
    ssize_t y = 0;
    printf("The process %d was give capabilities %s
",(int) getpid(), cap_to_text(caps, &y));
    fflush(0);
    cap_free(caps);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int stat;
    whoami();
    stat = setuid(geteuid());
    pid_t parentPid = getpid();

    if(!parentPid)
    return 1;
    cap_t caps = cap_init();

    cap_value_t capList[5] ={ CAP_NET_RAW, CAP_NET_BIND_SERVICE , CAP_SETUID, CAP_SETGID,CAP_SETPCAP } ;
    unsigned num_caps = 5;
    cap_set_flag(caps, CAP_EFFECTIVE, num_caps, capList, CAP_SET);
    cap_set_flag(caps, CAP_INHERITABLE, num_caps, capList, CAP_SET);
    cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);

    if (cap_set_proc(caps)) {
        perror("capset()");

        return EXIT_FAILURE;
    }
    listCaps();

    printf("dropping caps
");
    cap_clear(caps);  // resetting caps storage

    if (cap_set_proc(caps)) {
        perror("capset()");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    listCaps();

    cap_free(caps);
    return 0;
}

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:

#undef _POSIX_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <linux/capability.h>
#include <errno.h>

int main()
{
    struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
    cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;

    struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
    cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;

    cap_header->pid = getpid();
    cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;

    if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
        perror("Failed capget");
        exit(1);
    }
    printf("Cap data 0x%x, 0x%x, 0x%x
", cap_data->effective,cap_data->permitted, cap_data->inheritable);
}

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:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

#undef _POSIX_SOURCE
#include <sys/capability.h>

extern int errno;

void whoami(void)
{
    printf("uid=%i  euid=%i  gid=%i
", getuid(), geteuid(), getgid());
}

void listCaps()
{
    cap_t caps = cap_get_proc();
    ssize_t y = 0;
    printf("The process %d was give capabilities %s
",(int) getpid(), cap_to_text(caps, &y));
    fflush(0);
    cap_free(caps);
}


int main(int argc, char **argv)
{
    int stat;
    whoami();
    stat = setuid(geteuid());
    pid_t parentPid = getpid();

    if(!parentPid)
    return 1;
    cap_t caps = cap_init();

    cap_value_t capList[5] ={ CAP_NET_RAW, CAP_NET_BIND_SERVICE , CAP_SETUID, CAP_SETGID,CAP_SETPCAP } ;
    unsigned num_caps = 5;
    cap_set_flag(caps, CAP_EFFECTIVE, num_caps, capList, CAP_SET);
    cap_set_flag(caps, CAP_INHERITABLE, num_caps, capList, CAP_SET);
    cap_set_flag(caps, CAP_PERMITTED, num_caps, capList, CAP_SET);

    if (cap_set_proc(caps)) {
        perror("capset()");
        return EXIT_FAILURE;
    }
    listCaps();

    cap_free(caps);

    struct __user_cap_header_struct cap_header_data;
    cap_user_header_t cap_header = &cap_header_data;

    struct __user_cap_data_struct cap_data_data;
    cap_user_data_t cap_data = &cap_data_data;

    cap_header->pid = getpid();
    cap_header->version = _LINUX_CAPABILITY_VERSION_1;

    if (capget(cap_header, cap_data) < 0) {
        perror("Failed capget");
        exit(1);
    }
    printf("Cap data 0x%x, 0x%x, 0x%x
", cap_data->effective,cap_data->permitted, cap_data->inheritable);
    sleep(60);
    return 0;
}

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.