Linux Capabilities 入門教程：基礎實戰篇

該系列文章總共分為三篇：

• Linux Capabilities 入門教程：概念篇

• Linux Capabilities 入門教程：基礎實戰篇

• 待續...

上篇文章介紹了 Linux capabilities 的誕生背景和基本原理，本文將會通過具體的示例來展示如何查看和設置文件的 capabilities。

Linux 系統中主要提供了兩種工具來管理 capabilities：libcap 和 libcap-ng。libcap 提供了 getcap 和 setcap 兩個命令來分別查看和設置文件的 capabilities，同時還提供了 capsh 來查看當前 shell 進程的 capabilities。libcap-ng 更易於使用，使用同一個命令 filecap 來查看和設置 capabilities。

1. libcap

安裝很簡單，以 CentOS 為例，可以通過以下命令安裝：

$ yum install -y libcap

如果想查看當前 shell 進程的 capabilities，可以用 capsh 命令。下面是 CentOS 系統中的 root 用戶執行 capsh 的輸出：

$ capsh --print

Current: = cap_chown,cap_dac_override,cap_dac_read_search,cap_fowner,cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_linux_immutable,cap_net_bind_service,cap_net_broadcast,cap_net_admin,cap_net_raw,cap_ipc_lock,cap_ipc_owner,cap_sys_module,cap_sys_rawio,cap_sys_chroot,cap_sys_ptrace,cap_sys_pacct,cap_sys_admin,cap_sys_boot,cap_sys_nice,cap_sys_resource,cap_sys_time,cap_sys_tty_config,cap_mknod,cap_lease,cap_audit_write,cap_audit_control,cap_setfcap,cap_mac_override,cap_mac_admin,cap_syslog,cap_wake_alarm,cap_block_suspend,cap_audit_read+ep
Bounding set =cap_chown,cap_dac_override,cap_dac_read_search,cap_fowner,cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,cap_linux_immutable,cap_net_bind_service,cap_net_broadcast,cap_net_admin,cap_net_raw,cap_ipc_lock,cap_ipc_owner,cap_sys_module,cap_sys_rawio,cap_sys_chroot,cap_sys_ptrace,cap_sys_pacct,cap_sys_admin,cap_sys_boot,cap_sys_nice,cap_sys_resource,cap_sys_time,cap_sys_tty_config,cap_mknod,cap_lease,cap_audit_write,cap_audit_control,cap_setfcap,cap_mac_override,cap_mac_admin,cap_syslog,cap_wake_alarm,cap_block_suspend,cap_audit_read
Securebits: 00/0x0/1'b0
 secure-noroot: no (unlocked)
 secure-no-suid-fixup: no (unlocked)
 secure-keep-caps: no (unlocked)
uid=0(root)
gid=0(root)
groups=0(root)

解釋一下：

• Current : 表示當前 shell 進程的 Effective capabilities 和 Permitted capabilities。可以包含多個分組，每一個分組的表示形式為 capability[,capability…]+(e|i|p)，其中 e 表示 effective，i 表示 inheritable，p 表示 permitted。不同的分組之間通過空格隔開，例如：Current: = cap_sys_chroot+ep cap_net_bind_service+eip。再舉一個例子，cap_net_bind_service+e cap_net_bind_service+ip 和 cap_net_bind_service+eip 等價。

• Bounding set : 這里僅僅表示 Bounding 集合中的 capabilities，不包括其他集合，所以分組的末尾不用加上 +... 。

• Securebits : 我也沒搞清楚這是個什么鬼。

這個命令輸出的信息比較有限，完整的信息可以查看 /proc 文件系統，比如當前 shell 進程就可以查看 /proc/$$/status。其中一個重要的狀態就是 NoNewPrivs，可以通過以下命令查看：

grep NoNewPrivs /proc/$$/status

NoNewPrivs:    0

根據 prctl(2) 中的描述，自從 Linux 4.10 開始，/proc/[pid]/status 中的 NoNewPrivs 值表示了線程的 no_new_privs 屬性。至於 no_new_privs究竟是干嘛的，下面我單獨解釋一下。

no_new_privs

一般情況下，execve() 系統調用能夠賦予新啟動的進程其父進程沒有的權限，最常見的例子就是通過 setuid 和 setgid 來設置程序進程的 uid 和 gid 以及文件的訪問權限。這就給不懷好意者鑽了不少空子，可以直接通過 fork 來提升進程的權限，從而達到不可告人的目的。

為了解決這個問題，Linux 內核從 3.5 版本開始，引入了 no_new_privs 屬性（實際上就是一個 bit，可以開啟和關閉），提供給進程一種能夠在 execve() 調用整個階段都能持續有效且安全的方法。

• 開啟了 no_new_privs 之后，execve 函數可以確保所有操作都必須調用 execve() 判斷並賦予權限后才能被執行。這就確保了線程及子線程都無法獲得額外的權限，因為無法執行 setuid 和 setgid，也不能設置文件的權限。

• 一旦當前線程的 no_new_privs 被置位后，不論通過 fork，clone 或 execve 生成的子線程都無法將該位清零。

Docker 中可以通過參數 --security-opt 來開啟 no_new_privs 屬性，例如：docker run --security-opt=no_new_privs busybox。下面通過一個例子來體會一下 no_new_privs 屬性的作用。

首先擼一段 C 代碼，顯示當前進程的有效用戶 id：

$ cat testnnp.c

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

int main(int argc, char *argv[])
{
        printf("Effective uid: %d\n", geteuid());
        return 0;
}

$ make testnnp
cc     testnnp.c   -o testnnp

將可執行文件打入 docker 鏡像中：

FROM fedora:latest
ADD testnnp /root/testnnp
RUN chmod +s /root/testnnp
ENTRYPOINT /root/testnnp

構建鏡像：

$ docker build -t testnnp .
Step 1 : FROM fedora:latest
 ---> 760a896a323f
Step 2 : ADD testnnp /root/testnnp
 ---> 6c700f277948
Removing intermediate container 0981144fe404
Step 3 : RUN chmod +s /root/testnnp
 ---> Running in c1215bfbe825
 ---> f1f07d05a691
Removing intermediate container c1215bfbe825
Step 4 : ENTRYPOINT /root/testnnp
 ---> Running in 5a4d324d54fa
 ---> 44f767c67e30
Removing intermediate container 5a4d324d54fa
Successfully built 44f767c67e30

下面來做兩個實驗，先在沒有開啟 no-new-privileges 的情況下啟動容器：

$ docker run -it --rm --user=1000  testnnp
Effective uid: 0

從輸出結果來看，只要給可執行文件設置了 SUID 標識，即使我們使用普通用戶（UID=1000）來運行容器，進程的有效用戶也會變成 root。

接着在開啟 no-new-privileges 的前提下啟動容器，以防止執行設置了 SUID 標識的可執行文件進行 UID 轉換：

$ docker run -it --rm --user=1000 --security-opt=no-new-privileges testnnp
Effective uid: 1000

可以看到，開啟了 no_new_privs 屬性之后，即使可執行文件設置了 SUID 標識，線程的有效用戶 ID 也不會變成 root。這樣即使鏡像中的代碼有安全風險，仍然可以通過防止其提升權限來避免受到攻擊。

Kubernetes 也可以開啟 no_new_privs，不過邏輯稍微復雜一點。當 Pod 的 SecurityContext 定義下的 allowPrivilegeEscalation 字段值為 false 時（默認就是 false），如果不滿足以下任何一個條件，就會開啟 no_new_privs 屬性：

• 設置了 privileged=true

• 增加了 CAP_SYS_ADMIN capabilities，即 capAdd=CAP_SYS_ADMIN

• 以 root 用戶運行，即 UID=0

例如，當設置了 privileged=true 和 allowPrivilegeEscalation=false 時，就不會開啟 no_new_privs 屬性。同理，設置了 capAdd=CAP_SYS_ADMIN 和 allowPrivilegeEscalation=false 也不會開啟 no_new_privs 屬性。

管理 capabilities

可以通過 getcap 來查看文件的 capabilities，例如：

$ getcap /bin/ping /usr/sbin/arping

/bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p
/usr/sbin/arping = cap_net_raw+p

也可以使用 -r 參數來遞歸查詢：

$ getcap -r /usr 2>/dev/null

/usr/bin/ping = cap_net_admin,cap_net_raw+p
/usr/bin/newgidmap = cap_setgid+ep
/usr/bin/newuidmap = cap_setuid+ep
/usr/sbin/arping = cap_net_raw+p
/usr/sbin/clockdiff = cap_net_raw+p

如果想查看某個進程的 capabilities，可以直接使用 getpcaps，后面跟上進程的 PID：

$ getpcaps 1234

如果想查看一組相互關聯的線程的 capabilities（比如 nginx），可以這么來看：

$ getpcaps $(pgrep nginx)

這里你會看到只有主線程才有 capabilities，子線程和其他 workers 都沒有 capabilities，這是因為只有 master 才需要特殊權限，例如監聽網絡端口，其他線程只需要響應請求就好了。

設置文件的 capabilities 可以使用 setcap，語法如下：

$ setcap CAP+set filename

例如，將 CAP_CHOWN 和 CAP_DAC_OVERRIDE capabilities 添加到 permitted 和 effective 集合：

$ setcap CAP_CHOWN,CAP_DAC_OVERRIDE+ep file1

如果想移除某個文件的 capabilities，可以使用 -r 參數：

$ setcap -r filename

2. libcap-ng

安裝也很簡單，以 CentOS 為例：

$ yum install libcap-ng-utils

用法

libcap-ng 使用 filecap 命令來管理文件的 capabilities。有幾個需要注意的地方：

• filecap 添加刪除或查看 capabilities 時，capabilities 的名字不需要帶 CAP_ 前綴（例如，使用 NET_ADMIN 代替 CAP_NET_ADMIN）；

• filecap 不支持相對路徑，只支持絕對路徑；

• filecap 不允許指定 capabilities 作用的集合，capabilities 只會被添加到 permitted 和 effective 集合。

查看文件的 capabilities：

$ filecap /full/path/to/file

遞歸查看某個目錄下所有文件的 capabilities：

$ filecap /full/path/to/dir

例如：

$ filecap /usr/bin

file                 capabilities
/usr/bin/newgidmap     setgid
/usr/bin/newuidmap     setuid

注意： filecap 只會顯示“capabilities 被添加到 permitted 和 effective 集合中”的文件。所以這里沒有顯示 ping 和 arping。

遞歸查看整個系統所有文件的 capabilities：

$ filecap /
# or
$ filecap -a

設置文件的 capabilities 語法如下：

$ filecap /full/path/to/file cap_name

例如：

$ filecap /usr/bin/tac dac_override

移除某個文件的 capabilities：

$ filecap /full/path/to/file none

3. 總結

本文通過兩種工具演示了如何對可執行文件的 capabilities 進行管理，並以 docker 為例，展現了 no_new_privs 的強大之處。如果條件允許，推薦大家以后盡量用 capabilities 來替代完整的 root 權限或者設置 SUID 標識。

4. 參考資料

• Added no-new-privileges Security Flag to Docker
• 關於 no new privs 翻譯稿

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