2019-2020-12 20199317 《Linux内核原理与分析》 第十二周作业

SET-UID程序漏洞实验

1  实验简介

Set-UID 是 Unix 系统中的一个重要的安全机制。当一个 Set-UID 程序运行的时候，它被假设为具有拥有者的权限。例如，如果程序的拥有者是root，那么任何人运行这个程序时都会获得程序拥有者的权限。Set-UID 允许我们做许多很有趣的事情，但不幸的是，它也是很多坏事情的罪魁祸首。

因此本次实验的目标有两点：

1. 欣赏好的方面，理解为什么Set-UID是需要的，以及它是如何被执行的。

2. 注意坏的方面，理解它潜在的安全性问题。

2  实验内容

2.1  没有 Set-UID 机制的情况

      猜测为什么“passwd”，“chsh”，“su”，和“sudo”命令需要Set-UID机制，如果它们没有这些机制的话，会发生什么。如果你不熟悉这些程序，可以通过阅读使用手册来熟悉它们。如果你拷贝这些命令到自己的目录下，这些程序就不会是Set-UID程序。

从上面的截图可以看出：将 passwd 拷贝到 /tmp/ 下，权限发生了变化（在原目录下 suid位 被设置），复件没有了修改密码的权限。对于“chsh”，“su”，和“sudo”命令，把这些程序拷贝到用户目录下，同样不再具有root权限。

从这个方面看Set-UID是需要的：passwd命令有一个特殊的权限标记s ，存在于文件所有者的权限位上。这是一类特殊的权限SetUID ，可以这样来理解它：当一个具有执行权限的文件设置SetUID权限后，用户执行这个文件时将以文件所有者的身份执行。passwd命令具有SetUID权限，所有者为root（Linux中的命令默认所有者都是root），也就是说当普通用户使用passwd更改自己密码的时候，那一瞬间突然灵魂附体了，实际在以passwd命令所有者root的身份在执行，root当然可以将密码写入/etc/shadow文件（不要忘记root这个家伙是superuser什么事都可以干），命令执行完成后该身份也随之消失。原文链接：https://blog.csdn.net/Oo__YAN/article/details/7076889

setuid通过使passwd在执行阶段具有文件所有者(也就是root)的权限，让用户临时有了修改shadow文件的能力(当然这种能力是受到限制的)。因此，passwd就是一个经典的setuid程序，其UID是当前执行这个命令的用户ID，而EUID则是root用户的ID(也就是0)。

但是Set-UID存在着安全性问题：使用SetUID可以灵活的调整所有文件所有者权限，但是也为系统的安全性带来了隐患。如果Root用户为指定的程序文件配置过大的SetUID权限，那么就会为黑客或者非法用户打开了侵入系统的大门。例如在Linux中可以使用“vi”命令来编辑文件，但是，对于普通用户而言，当其试图使用命令“vi /etc/shadow”来修改密码文件时，系统就会弹出“/etc/shadow : Permission Denied”的警告提示，从而禁止其对密码文件的非法修改。但是，如果在Root用户环境中执行“which vi”命令，就可以看到“vi”命令实际上是“vim”命令的别名，其真实路径为“/usr/bin/vim”，这样执行命令"chmod 6755 /usr/bin/vim",就可以将“vi”命令的所有者更改为Root，这样在普通的用户环境中，就可以使用“vi”命令来编辑任何文件（例如“/etc/shadow”）,这样，即使是普通用户也可以将密码文件清空，从而实现无密码登陆Linux，给系统的安全带来的威胁不言而喻。因此，对可能给系统安全带来危害的程序来说，应该尽量不要随意为其配置SetUID权限。  原文链接：https://blog.csdn.net/frank_jb/article/details/40192003

2.2  运行 Set-UID 程序

       在linux环境下运行Set-UID 程序，同时描述并且解释你的观察结果。

       ●  以 root 方式登录，拷贝 /usr/bin/zsh 到 /tmp, 同时设置拷贝到tmp目录下的zsh为set-uid root权限，然后以普通用户登录，运行 /tmp/zsh。你会得到root权限吗？请描述你的结果。

●  拷贝 /bin/bash 到 /tmp 目录，同时设置 /tmp 目录下的bash为Set-UID root权限，然后以普通用户登录，运行 /tmp/bash。你会得到root权限吗？请描述你的结果。

可见，同样的操作，运行复制的zsh可以获得root权限，而bash不能。

2.3  bash 内在保护机制

从上面步骤可以看出，/bin/bash 有某种内在的保护机制可以阻止Set-UID机制的滥用。为了能够体验这种内在的保护机制出现之前的情形，我们打算使用另外一种shell程序—— /bin/zsh 。在一些linux的发行版中（比如Fedora和Ubuntu），/bin/sh 实际上是/bin/bash 的符号链接。为了使用zsh，我们需要把 /bin/sh 链接到 /bin/zsh。

sh和bash是两个不同的shell，linux下有很多种shell。sh比较小，但是功能没有bash多，bash用得比较普遍 。/bin/sh是/bin/bash的软连接，在一般的linux系统当中，使用sh调用执行脚本相当于打开了bash的POSIX标准模式，也就是说 /bin/sh 相当于 /bin/bash --posix。/bin/sh执行过程中，若出现命令执行失败，则会停止执行；/bin/bash执行过程中，若命令执行失败，仍然会继续执行。

在这里简单说一下软连接：软链接可以理解成快捷方式。它和windows下的快捷方式的作用是一样的，方便我们打开源文件，删除源文件，快捷方式也用不了。

原文链接：https://blog.csdn.net/gao_zhennan/article/details/79127232

下面的指令将会把默认的shell指向zsh：

2.4  PATH环境变量的设置

        system(const char * cmd)系统调用函数被内嵌到一个程序中执行一个命令，system()调用 /bin/sh 来执行shell程序，然后shell程序去执行cmd命令。但是在一个Set-UID程序中system()函数调用shell是非常危险的，这是因为shell程序的行为可以被环境变量影响，比如PATH；而这些环境变量可以在用户的控制当中。通过控制这些变量，用心险恶的用户就可以控制Set-UID程序的行为。

       下面的Set-UID程序被用来执行 /bin/ls 命令；然后程序员可以为ls命令使用相对路径，而不是绝对路径。在 /tmp 目录下新建 test.c 文件：

●  你能够设置这个Set-UID程序运行你自己的代码而不是 /bin/ls 吗？如果你能的话，你的代码具有root权限吗？描述并解释你的观察。

可以具有root权限，把 /bin/sh 拷贝到 /tmp 目录下面重命名为 ls（先要确保 /bin/ 目录下的sh 符号链接到zsh，而不是bash），将环境变量PATH设置为当前目录 /tmp，运行编译的程序test。就可以获得root权限：

我对上述过程的理解为：当输入./test 时，shell 进程通过执行代码中的system()， fork() 创建一个新的子进程，fork复制父进程的环境变量等，此时子进程的环境变量为 PATH=/tmp，子进程在这个环境变量下执行 system("ls")，而在这个环境变量下的 ls 代表着 /bin/sh ，链接至zsh，于是就获得了root权限。

●  先恢复环境变量 PATH ，然后修改 /bin/sh 使得其返回到 /bin/bash ，重复上面的攻击，你仍然可以获得root权限吗？描述并解释你的观察。

可见修改sh连接回bash，运行test程序不能使普通用户获得 root 权限。

2.5  system()和execve()的不同

首先确保 /bin/sh 指向zsh:

然后使用如下命令恢复 PATH：

背景：Bob 在一家审计代理处工作，他正在调查一家公司是否存在诈骗行为。为了这个目的，他需要阅读这家公司在 Unix 系统中的所有文件。为了保护系统的可靠性，他不能修改任何一个文件。为了达到这个目的，Vince——系统的超级用户为他写了一个SET-ROOT-UID程序，并且给了Bob可以执行它的权限。这个程序需要Bob在命令行中打出一个文件名，然后运行 /bin/cat 命令显示这个文件。既然这个程序是以root权限运行的，它就可以显示Bob想看的任何一个文件。然而，既然这个程序没有写操作，Vince很确信Bob不能用这个程序修改任何文件。首先在 /tmp 目录下新建 SRU.c 文件，内容如下：

●  程序中有 q=0。程序会使用system()调用命令行。这个命令安全吗？如果你是Bob，你能对系统的完整性妥协吗？你能重新移动一个对你没有写权限的文件吗?

这个命令不安全，Bob可能会出于好奇或者个人利益驱使阅读或者修改只有root用户才可以运行的一些文件。

比如截图中：file文件只有root用户有读写权限，但普通用户通过运行该程序，阅读并重命名了file文件：

●  如果令q=1；刚才的攻击还会有效吗？请描述并解释你的观察。

修改为q=1后，不会有效。前面步骤之所以有效，是因为system()函数调用 /bin/sh，链接至zsh，具有root权限执行了 cat file 文件后，接着执行 mv file file_new 命令。

而当令q=1, execve()函数会把 file； mv file file_new 看成是一个文件名，系统会提示不存在这个文件：

system() 和exceve() 区别为：执行exec()后，老的进程上下文将被exec出来的新的进程上下文覆盖，新进程代替原进程执行。执行system()后则相当于fork()出一个子进程，并等待此子进程执行完毕。

2.6  LD_PRELOAD环境变量

为了保证Set-UID程序在LD_PRELOAD环境的操纵下是安全的，动态链接器会忽略环境变量，但是在某些条件下是例外的，在下面的任务中，我们猜测这些特殊的条件到底是什么。

1、让我们建立一个动态链接库。把下面的程序命名为 mylib.c ，放在 /tmp 目录下。在函数库 libc 中重载了sleep函数：

2、我们用下面的命令编译上面的程序（注意区别l和1）：

3、把下面的程序命名为 myprog.c ，放在 /tmp 目录下：

请在下面的条件下运行这些程序，并观察结果。基于这些观察告诉我们链接器什么时候会忽略LD_PRELOAD环境变量，解释原因。

●  把 myprog 编译成一个普通用户下的程序在普通用户下运行

可见，它会使用LD_PRELOAD环境变量，重载sleep函数：

●  把 myprog 编译成一个Set-UID root的程序在普通用户下运行

在这种情况下，忽略LD_PRELOAD环境变量，不重载sleep函数，使用系统自带的sleep函数：

●  把myprog编译成一个Set-UID root的程序在root下运行

在这种情况下，使用LD_PRELOAD环境变量，使用重载的sleep函数：

●  在一个普通用户下把myprog编译成一个Set-UID 普通用户的程序在另一个普通用户下运行

注意：需要先使用命令 rm myprog 把之前编译生成的 myprog 文件删掉

在这种情况下，不会重载sleep函数：

由以上四种情况可见：只有用户自己创建的程序自己去运行，才会使用LD_PRELOAD环境变量，重载sleep函数，否则的话忽略LD_PRELOAD环境变量，不会重载sleep函数。

2.7  消除和清理特权

为了更加安全，Set-UID程序通常会调用setuid()系统调用函数永久的清除它们的root权限。然而有些时候，这样做是远远不够的。在root用户下，在 /tmp 目录新建一个空文件 zzz。在root用户下将下面代码命名为 test2.c ，放在 /tmp 目录下，编译这个程序，给这个程序设置root权限。在一个普通的用户下，运行这个程序。描述你所观察到的情况，/tmp/zzz 这个文件会被修改吗？解释你的观察。

代码：

结果如图：

如图所示文件被修改了，原因在于设置 uid 前，zzz文件就已经被打开了。只要将语句 setuid(getuid()) 移至调用open函数之前，就能避免这个问题。

setuid()用来重新设置执行目前进程的用户识别码。不过，要让此函数有作用，其有效的用户识别码必须为0(root)。在Linux下，当root 使用setuid()来变换成其他用户识别码时，root权限会被抛弃，完全转换成该用户身份，也就是说，该进程往后将不再具有可setuid()的权 利，如果只是向暂时抛弃root 权限，稍后想重新取回权限，则必须使用seteuid()。执行成功则返回0，失败则返回-1，错误代码存于errno。一般在编写具setuid root的程序时，为减少此类程序带来的系统安全风险，在使用完root权限后建议马上执行setuid(getuid());来抛弃root权限。此外，进程uid和euid不一致时Linux系统将不会产生core dump。

内核会给每个进程关联两个和进程ID无关的用户ID，一个是真实用户ID，还有一个是有效用户ID或者称为setuid（set user ID）。真实用户ID用于标识由谁为正在运行的进程负责。有效用户ID用于为新创建的文件分配所有权、检查文件访问许可，还用于通过kill系统调用向其它进程发送信号时的许可检查。内核允许一个进程以调用exec一个setuid程序或者显式执行setuid系统调用的方式改变它的有效用户ID。

原文链接：https://blog.csdn.net/todd911/article/details/7738069

3  实验总结

      在这次实验中，我通过实践论证了SET-UID这个程序的必要性，以及SET-UID会存在安全隐患，使用SET-UID程序获得root权限后，可以通过setuid()系统调用函数永久的清除它们的root权限，这是一种保护机制以阻止SET-UID的滥用，在实验中，我们也能看到有时候通过这种方式清除是远远不够的，当然还存在一些其他的保护机制，这里就不再介绍了。