学习LSM(Linux security module)之四:一个基于LSM的简单沙箱的设计与实现

　　嗯！如题，一个简单的基于LSM的沙箱设计。环境是Linux v4.4.28。一个比较新的版本，所以在实现过程中很难找到资料，而且还有各种坑逼，所以大部分的时间都是在看源码，虽然写的很烂，但是感觉收获还是挺大的。

　　具体思路很简单，每个进程都有对应一个task_struct。可以使用task_struct来对进程的行为进行监测和限制，换句话来说，沙箱是基于进程实现的。

　　正如官方文档所说的，LSM在Linux关键数据结构中添加了透明的安全域，具体实现应该是这样的

　　

task_struct{
    ...
    void *security;
    ...
}

　　然而，task_struct 的安全透明域在2.6.28以后的版本就没有了(后来才发现放到cred里面去了）刚发现这一点的时候表示很懵逼，所以，为了不去重新设计实现思路或者换版本实现，所以在task_struct里面添加了void * f_security。配套的安全域初始化hook可以换个思路来进行实现，所以不多添加钩子了。

　　1：设计一下安全域的数据结构。

　　先来看一下SELinux的设计：

 struct task_security_struct {
         u32 osid;               /* SID prior to last execve */
         u32 sid;                /* current SID */
         u32 exec_sid;           /* exec SID */
         u32 create_sid;         /* fscreate SID */
         u32 keycreate_sid;      /* keycreate SID */
         u32 sockcreate_sid;     /* fscreate SID */
  };
  

　　简单一点就设计我这样：

    struct security_demo_task{
　　　　int demo_sid;
　　 　　u32 task_sid;
    　　u32 ptrace_sid;
    　　u32 socket_sid;            
    　　u32 file_sid;
　　/*

    　　u32 cap_sid;
    　　u32 inode_sid;
    　　u32 ipc_sid;
    　　u32 msg_sid;
    　　u32 task_sid;
    　　u32 dev_sid;
    　　u32 audit_sid;
    */
};

　　可以根据实现的具体情况对各个sid的值进行宏定义，我的宏定义为：

#define DEMO_ON 1
#define DEMO_OFF 0
#define DEMO_PTRACE_ON 1
#define DEMO_PTRACE_OFF 0
#define DEMO_FILE_ON 1
#define DEMO_FILE_OFF 0
#define DEMO_SOCKET_ON 1
#define DEMO_SOCKET_OFF 0

#define DEMO_SCOPE_DISABLED    0
#define DEMO_SCOPE_LEARNING    1
#define DEMO_SCOPE_ENABLE    2

#define DEMO 0 

#define DEMO_PTRACE 1 

#define DEMO_FILE 2 

#define DEMO_SOCKET 3

　　对安全域的初始化，在SELinux，在钩子里队每一个task自动初始化，SElinux因为对每个task都设计了安全域，为了提高内存利用效率，还用了SLAB。而由于我的沙箱只是针对具体进程，所以干脆直接用了kmalloc和kfree进行分配并添加了一个系统调用。代码对比如下：

//SLinux
static void cred_init_security(void)
{
    struct cred *cred = (struct cred *) current->real_cred;
    struct task_security_struct *tsec;

    tsec = kzalloc(sizeof(struct task_security_struct), GFP_KERNEL);
    if (!tsec)
        panic("SELinux:  Failed to initialize initial task.
");

    tsec->osid = tsec->sid = SECINITSID_KERNEL;
    cred->security = tsec;
}

　　而我的：

static int task_alloc_security(struct task_struct *task){
    struct security_demo_task *tsec;
    if(task->f_security != NULL){
    printk("Demo:error!Aready Inint!");
    return -EIO;
    }

    tsec = kmalloc(sizeof(struct security_demo_task),GFP_KERNEL);
    if (!tsec){
    printk("Demo:error!kmalloc fail!");
        return -ENOMEM;
    }
    tsec->demo_flag = DEMO_ON;
    tsec->ptrace_flag = DEMO_PTRACE_ON;
    tsec->file_flag = DEMO_FILE_ON;
    tsec->socket_flag = DEMO_SOCKET_ON;
    task->f_security = tsec;

    return 0;
}

 　　二：对安全域的操作

　　SELinux采用了AVC对其进行操作，具体的原理网上烂大街了，也不多做阐述。对于这种玩具型的LSM模块来说，可以自己直接添加一个系统调用就OK了。

SYSCALL_DEFINE3(task_security,pid_t,pid,int,type,int,value){
    struct task_struct* pTaskStruct;
       struct pid* p;
    int err;
    struct security_demo_task* st;
    
    //get task_struct by pid with rcu
    rcu_read_lock();
    p = find_vpid(pid);
    pTaskStruct = pid_task(p,PIDTYPE_PID);
    //printk("Test:name %s
",pTaskStruct->comm);    
    rcu_read_unlock()；

//下面代码用于检测各个属性域的sid，每个sid初步设置为open和close，其中的错误检测，就偷懒写成-EIO，具体的宏定义可以自己区看type.h

if(type == DEMO){
        if(value == DEMO_ON){
     
            err = task_alloc_security(pTaskStruct);
            if(err){
                printk("Demo:error! Init task_struct_security fail
");
                return -EIO;
            }
            printk("Demo:Init %s'f_security success!
",pTaskStruct->comm);
        }
        else if(value == DEMO_OFF){
            err = task_free_security(pTaskStruct);
            if(err){
                printk("Demo: Free %s's f_security fail!
",pTaskStruct->comm);
                return -EIO;
            }
            printk("Demo:Free %s'f_security success!
",pTaskStruct->comm);
        }
        else{
            printk("Demo:Invid Argument!Please check it,and try again");
            return -EIO;
        }
    }
    
    else if(type == DEMO_PTRACE){
        if(pTaskStruct->f_security == NULL){
            printk("Demo:Dont be inint
");
            return -EIO;
        }
        st = (struct security_demo_task*)(pTaskStruct->f_security);
        st->ptrace_flag = value;
        printk("Demo:%s'->f_security-> ptrace_flag=%d
",pTaskStruct->comm,st->ptrace_flag);
    }
    
    else if(type == DEMO_FILE){
        if(pTaskStruct->f_security == NULL){
            printk("Demo:Dont be inint
");
            return -EIO;
        }
        st = (struct security_demo_task*)(pTaskStruct->f_security);
        st->file_flag = value;
        printk("Demo:%s'->f_security-> file_flag=%d
",pTaskStruct->comm,st->file_flag);
    }
    
    else if(type == DEMO_SOCKET){
        if(pTaskStruct->f_security == NULL){
            printk("Demo:Dont be inint
");
            return -EIO;
        }
        st = (struct security_demo_task*)(pTaskStruct->f_security);
        st->socket_flag = value;
        printk("Demo:%s'->f_security-> socket_flag=%d
",pTaskStruct->comm,st->socket_flag);
    }
    
    else{
            printk("Demo:Invid Argument!Please check it,and try again");
            return -EIO;
        }    
    //st = (struct security_demo_task*)(pTaskStruct->f_security);
    //printk("Test:Switch %d
",st->demo_flag);
    return 0;
}

　　三：具体设计

　　　　每一个内核里的每个LSM模块(SELinux,Apparmor等)都分为了几个等级(Enable,Learning,Disable)。在这个简单的demo里我也是这样设计的，可以利用sysctl来注册一个变量，这里可以参考yama的具体实现或者直接看系列(二)的文章。至于Disable级，所有的函数Hook都被禁用，而学习模式，则将目标进程的活动全部进行记录，这里可以专门将一个ASCII码文件作为输出log，也可以省事点直接Printk出来。而在Enable级中，则是根据security_demo_task的具体sid来对进程的活动进行限制，所以说，安全域的安全属性越全，则沙箱的功能越强大：

　　　　这里展示一下对创建进程的函数进行hook:

　

int demo_task_create(unsigned long clone_flags)
{
    struct security_demo_task* sdt;

    if(demo_scope == DEMO_SCOPE_ENABLE && current->f_security != NULL){
    　　sdt = (struct security_demo_task*)(current->f_security);
    　　if (sdt->task_flag ==  DEMO_TASK_ON){
        　　printk("Demo:Forbid create task!");
　　　　　　 return -EIO;
   　　 }
    　　else if(sdt->task_flag == DEMO_TASK_OFF){
       　　 printk("Demo:OK!You can fork!");
    　　}
    }

    if(demo_scope == DEMO_SCOPE_LEARNING && current->f_security != NULL){
    　　sdt = (struct security_demo_task*)(current->f_security);

    　　if (sdt->task_flag ==  DEMO_TASK_ON){
       　　 get_time();
        　　printk("%s try to fork a new task that forbid!
",current->comm);
　　　  }
    }
    return 0;

}

　　四：其它

　　　　大致设计就这么些了，想要扩展还是挺方便的，写代码的时候的一个很坑的一点是：模块不能动态加载！！所以呢！如果想好好写的话，最好还是先把源码改成可以动态加载，当然，怎么改就自己看源码咯！