Полное руководство по анализу аргументов программ в ядре Linux

Ядро Linux предоставляет несколько подходов для безопасного перехвата аргументов программ во время выполнения, при этом функция prepare_binprm является одним из наиболее подходящих для патчей безопасности. Хотя prepare_binprm является хорошей отправной точкой, вы можете усилить свой подход, используя хуки модуля безопасности Linux (LSM) и правильные методы обработки аргументов для безопасного изучения и, возможно, блокировки выполнения программы на основе расширенных атрибутов. Структура linux_binprm содержит всю необходимую информацию об аргументах, включая argc, envc и фактические строки аргументов, которые могут быть безопасно доступны в контексте ядра.

Содержание

• Понимание структуры linux_binprm
• Безопасное использование prepare_binprm
• Усиление безопасности с помощью хуков LSM
• Альтернативные подходы без ftrace
• Лучшие практики для изучения аргументов
• Пример реализации

Понимание структуры linux_binprm

Структура linux_binprm определена в include/linux/binfmts.h и служит основным контейнером для всей информации, связанной с загрузкой и выполнением двоичной программы. Эта структура содержит все аргументы программы, которые необходимо изучить в целях безопасности.

Ключевые поля в структуре linux_binprm включают:

• argc: Количество аргументов для программы
• envc: Количество переменных окружения
• filename: Полный путь к выполняемому файлу
• interp: Имя интерпретатора (для скриптов)
• buf: Буфер, содержащий начальные байты файла
• file: Структура файла для исполняемого файла
• cred: Учетные данные для нового процесса

Документация ядра Linux подтверждает, что эта структура “используется для хранения аргументов, которые используются при загрузке двоичных файлов”. Это делает ее идеальным местом для перехвата и изучения аргументов перед началом выполнения программы.

Безопасное использование prepare_binprm

Функция prepare_binprm в fs/exec.c вызывается в процессе системного вызова execve и специально предназначена для подготовительной работы перед загрузкой двоичного файла. Эта функция вызывается после начальной настройки, но до фактического начала выполнения, что делает ее идеальной для проверок безопасности.

При использовании prepare_binprm необходимо учитывать несколько соображений безопасности:

1. Доступ к памяти: Строки аргументов обычно хранятся в памяти пользовательского пространства, поэтому необходимо использовать соответствующие API ядра для безопасного доступа к ним
2. Время выполнения: Функция вызывается на раннем этапе процесса выполнения, что дает время для блокировки выполнения до запуска любого вредоносного кода
3. Копирование против доступа: Аргументы могут потребоваться скопировать в пространство ядра для изучения

Документация Linux Inside объясняет, что prepare_binprm вызывается после подсчета количества аргументов командной строки и переменных окружения. Это время критически важно для целей безопасности.

Усиление безопасности с помощью хуков LSM

Для более надежной реализации безопасности рассмотрите возможность использования хуков модуля безопасности Linux (LSM). Фреймворк LSM предоставляет стандартизированные хуки безопасности, которые вызываются на различных этапах выполнения программы.

Хук LSM bprm_check_security особенно актуален, так как он вызывается “перед началом итерации по форматам двоичных файлов” и получает структуру linux_binprm в качестве параметра. Согласно документации модуля безопасности Linux, этот хук позволяет выполнять проверки безопасности и потенциально блокировать выполнение.

Преимущества использования хуков LSM включают:

• Стандартная интеграция: Хуки LSM являются официально поддерживаемым способом добавления функций безопасности
• Множество точек перехвата: Вы можете перехватывать на различных этапах выполнения
• Лучшая стабильность: LSM поддерживается и тестируется как часть ядра
• Поддержка сообщества: Большая экосистема инструментов безопасности на основе LSM

Статья LWN объясняет, что система LSM получает возможность высказаться через хук bprm_check_security, что делает его идеальным местом для проверок безопасности на основе расширенных атрибутов.

Альтернативные подходы без ftrace

Поскольку вы хотите избежать использования модулей ftrace, вот несколько нативных подходов ядра для перехвата и изучения аргументов программ:

1. Обработчик пользовательского формата двоичного файла: Реализуйте пользовательский обработчик struct linux_binfmt, который перехватывает все выполнения двоичных файлов
2. Интеграция с модулем безопасности: Используйте хуки LSM, как упоминалось выше
3. Хук модуля ядра: Зарегистрируйте модуль ядра, который подключается к системному вызову execve
4. Безопасность на основе файловой системы: Используйте расширенные атрибуты в файловых системах для пометки исполняемых файлов для проверок безопасности

Обсуждение на Stack Overflow отмечает, что Linux сознательно не предоставляет поддерживаемых функций для перехвата системных вызовов во время выполнения, что указывает на то, что патчинг ядра или разработка модуля являются правильным подходом.

Лучшие практики для изучения аргументов

При изучении аргументов программы в ядре следуйте этим лучшим практикам для обеспечения безопасности и эффективности:

1. Используйте правильные функции доступа к памяти: Всегда используйте безопасные для ядра функции, такие как strncpy_from_user() или copy_from_user(), для доступа к строкам аргументов пользовательского пространства
2. Реализуйте механизмы тайм-аутов: Добавляйте тайм-ауты для предотвращения зависания системы, если аргументы имеют неправильный формат
3. Проверяйте указатели аргументов: Убедитесь, что все указатели аргументов действительны перед доступом к ним
4. Учитывайте ограничения памяти: Будьте внимательны к ограничениям памяти ядра при копировании аргументов
5. Используйте буферы ядра: Копируйте аргументы в буферы пространства ядра для изучения
6. Правильная обработка ошибок: Возвращайте соответствующие коды ошибок для блокировки выполнения при необходимости

Статья Linux Journal упоминает функцию copy_strings, которая “отвечает за копирование argc строк из массива argv в указатель p” - это демонстрирует правильный способ обработки строк аргументов в коде ядра.

Пример реализации

Вот базовый шаблон реализации для безопасного изучения аргументов в prepare_binprm:

#include <linux/binfmts.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/string.h>
#include <linux/security.h>

static int my_prepare_binprm(struct linux_binprm *bprm)
{
    char *arg_copy;
    int i;
    int ret = 0;
    
    // Проверяем, следует ли изучать этот двоичный файл
    if (!should_examine_binary(bprm->filename))
        return 0;
    
    // Выделяем буфер для копирования аргументов
    arg_copy = kmalloc(ARG_MAX, GFP_KERNEL);
    if (!arg_copy)
        return -ENOMEM;
    
    // Копируем и изучаем каждый аргумент
    for (i = 0; i < bprm->argc; i++) {
        char *arg_ptr = get_arg_ptr(bprm, i);
        if (!arg_ptr) {
            ret = -EFAULT;
            break;
        }
        
        // Безопасно копируем аргумент из пользовательского пространства
        if (strncpy_from_user(arg_copy, arg_ptr, ARG_MAX) < 0) {
            ret = -EFAULT;
            break;
        }
        
        // Изучаем аргумент на наличие шаблонов безопасности
        if (check_argument_security(arg_copy)) {
            ret = -EACCES;  // Блокируем выполнение
            break;
        }
    }
    
    kfree(arg_copy);
    return ret;
}

Помните, чтобы:

• Всегда проверять указатели и границы
• Правильно обрабатывать сбои выделения памяти
• Использовать соответствующие коды ошибок для разных сценариев сбоя
• Учитывать производственные последствия копирования аргументов

Документация по ошибкам безопасности ядра Linux подчеркивает, что чувствительные ошибки должны координироваться должным образом, поэтому убедитесь, что ваши патчи безопасности следуют надлежащим практикам разработки ядра.

Источники

1. Linux Inside - Как ядро Linux запускает программу
2. Заголовочный файл Linux binfmts.h
3. Разработка модуля безопасности Linux
4. LWN - Как программы запускаются
5. LWN - Разработка ядра
6. Работа с форматами двоичных файлов - Linux Journal
7. Мой собственный приватный двоичный файл - Модули ядра Linux
8. Ошибки безопасности ядра Linux
9. Stack Overflow - Перехват системных вызовов
10. Ядро Linux: Ссылка на структуру linux_binprm

Заключение

Реализация безопасного перехвата аргументов программ в ядре Linux может быть эффективно достигнута через функцию prepare_binprm или хуки LSM, оба из которых предоставляют доступ к полной структуре linux_binprm, содержащей все аргументы выполнения. Для оптимальной безопасности рассмотрите возможность использования хука LSM bprm_check_security, который специально разработан для проверок безопасности во время загрузки программы и получает полную структуру аргументов в качестве входных данных. Всегда следуйте лучшим практикам безопасности ядра, включая правильный доступ к памяти, обработку ошибок и механизмы тайм-аутов, чтобы ваш патч безопасности был надежным и не вводил уязвимости. Выбранный вами подход должен балансировать между эффективностью безопасности и производительностью системы, при этом хуки LSM обычно обеспечивают наиболее поддерживаемое и официально поддерживаемое решение для улучшений безопасности ядра.