Linux访问权限控制基本原理

这里，我们主要介绍 Linux 系统中，权限控制的基本原理。

安全模型

在 Linux 系统中，我们所有的操作实质都是在进行进程访问文件的操作。我们访问文件需要先取得相应的访问权限，而访问权限是通过 Linux 系统中的安全模型获得的。

对于 Linux 系统中的安全模型，我们需要知道下面两点

Linux 系统上最初的安全模型叫 DAC, 全称是 Discretionary Access Control ，翻译为自主访问控制。
后来又增加设计了一个新的安全模型叫 MAC, 全称是 Mandatory Access Control, 翻译为强制访问控制。

注意, MAC 和 DAC 不是互斥的， DAC 是最基本的安全模型，也是通常我们最常用到的访问控制机制是 Linux 必须具有的功能，而 MAC 是构建在 DAC 之上的加强安全机制，属于可选模块。访问前， Linux系统通常都是先做 DAC 检查，如果没有通过则操作直接失败; 如果通过 DAC 检查并且系统支持 MAC 模块，再做 MAC 权限检查。

为区分两者，我们将支持 MAC 的 Linux 系统称作 SELinux, 表示它是针对 Linux 的安全加强系统。

这里，我们将讲述 Linux 系统中的 DAC 安全模型。

`DAC` 安全模型

DAC 的核心内容是：在 Linux 中，进程理论上所拥有的权限与执行它的用户的权限相同。其中涉及的一切内容，都是围绕这个核心进行的。

用户和组ID信息控制

用户、组、口令信息

通过 /etc/passwd 和 /etc/group 保存用户和组信息，通过 /etc/shadow 保存密码口令及其变动信息，每行一条记录。

用户和组分别用 UID 和 GID 表示，一个用户可以同时属于多个组，默认每个用户必属于一个与之 UID 同值同名的 GID 。

对于 /etc/passwd , 每条记录字段分别为 用户名:口令（在 /etc/shadow 加密保存）：UID:GID（默认UID）:描述注释:主目录:登录shell(第一个运行的程序)

对于 /etc/group ，每条记录字段分别为 组名：口令（一般不存在组口令）：GID：组成员用户列表（逗号分割的用户UID列表）

对于 /etc/shadow ，每条记录字段分别为： 登录名:加密口令:最后一次修改时间:最小时间间隔:最大时间间隔:警告时间:不活动时间:

举例

以下是对用户和组信息的举例。 /etc/shadow 中的口令信息为加密存储，不举例。

$cat /etc/passwd |head -n 5
root:x:0:0:root:/root:/bin/bash
daemon:x:1:1:daemon:/usr/sbin:/bin/sh
bin:x:2:2:bin:/bin:/bin/sh
sys:x:3:3:sys:/dev:/bin/sh
sync:x:4:65534:sync:/bin:/bin/sync

$cat /etc/group |head -n 5
root:x:0:
daemon:x:1:
bin:x:2:
sys:x:3:
adm:x:4:miracle

文件权限控制信息

文件类型

Linux 中的文件有如下类型：

普通文件，又包括文本文件和二进制文件，可用 touch 创建；
套接字文件，用于网络通讯，一般由应用程序在执行中间接创建；
管道文件是有名管道，而非无名管道，可用 mkfifo 创建；
字符文件和块文件均为设备文件，可用 mknod 创建；
链接文件是软链接文件，而非硬链接文件, 可用 ln 创建。

访问权限控制组

分为三组进行控制：

user 包含对文件属主设定的权限
group 包含对文件属组设定的权限
others 包含对其他者设定的权限

可设定的权限

下面给出常见（但非全部）的权限值，包括：

r 表示具有读权限。
w 表示具有写权限。
x 一般针对可执行文件/目录，表示具有执行/搜索权限。
s 一般针对可执行文件/目录，表示具有赋予文件属主权限的权限，只有 user 和 group 组可以设置该权限。
t 一般针对目录，设置粘滞位后，有权限的用户只能写、删除自己的文件,否则可写、删除目录所有文件。旧系统还表示可执行文件运行后将text拷贝到交换区提升速度。

举例

通过 ls -l 可以查看到其文件类型及权限，通过 chmod 修改权限。

举例来说，

$ ls -l /usr/bin/qemu-i386 
-rwxr-xr-x 1 root root 2149080  8月 13  2014 /usr/bin/qemu-i386
$ chmod 1775 test/
$ ls -l |grep test
drwxrwxr-t 2 miracle video 4096  7月 20 09:31 test
$ chmod 2777 test2/
$ ls -l |grep test2
drwxrwsrwx 2 miracle video 4096  7月 20 09:32 test2
$ chmod 4777 test3/
$ ls -l |grep test3
drwsrwxrwx 2 miracle video 4096  7月 20 09:33 test3

输出中，第1个字符表示文件类型，其中，普通文件(-)、目录文件 (d)、套接字文件(s)，管道文件(p)，字符文件(c)，块文件(b)，链接文件(l)；第2个字符开始的 -rwxr-xr-x 部分表示文件的权限位，共有9位。

对于文件 /usr/bin/qemu-i386 , 这个权限控制的含义是：

第2~4位的 rwx 表示该文件可被它的 owner （属主）以 r 或 w 或 x 的权限访问。
第5~7位的 r-x 表示该文件可被与该文件同一属组的用户以 r 或 x 的权限访问
第8~10位的 r-x 表示该文件可被其它未知用户以 r 或 x 的权限访问。

对于 test/, test2/, test3/ 设定的权限：

r,w,x 权限对每一权限控制组的权限用一位8进制来表示；例如： 755 表示 rwxr-xr-x 。
s,t 权限会替代 x 位置显示；设定 s,t 权限则需在对应的、用于控制 r,w,x 的8进制权限控制组前追加数字； s 权限用于属主属组控制， t 用于其它控制。
设定属主 s 需追加 4, 设定属组 s 追加 2, 设定其它者 t 权限追加 1 ；例如前面对 test/ 设定 t, 则用 1775, 表示 rwxrwxr-t 。

进程权限控制信息

进程权限

对于进程，有如下属性与文件访问权限相关：

effective user id : 进程访问文件权限相关的 UID （简写为 euid ）。
effective group id : 进程访问文件权限相关的 GID （简写为 egid ）。
real user id : 创建该进程的用户登录系统时的 UID （简写为 ruid ）。
real group id : 创建该进程的用户登录系统时的 GID （简写为 rgid ）。
saved set user id : 拷贝自 euid 。
saved set group id : 拷贝自 egid 。

举例

我们可以使用 ps 和 top 选择查看具有 euid 和 ruid 的进程。或者通过 top 来查看进程的 euid 和 ruid

通过 top 来查看的例子：

首先输入 top 得到类似如下

$top -d 10.10
top - 15:50:39 up 9 days,  1:42,  9 users,  load average: 0.13, 0.16, 0.21
Tasks: 287 total,   2 running, 284 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
Cpu(s): 20.8%us,  4.6%sy,  0.0%ni, 72.5%id,  2.1%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   7707276k total,  7574252k used,   133024k free,   154872k buffers
Swap:  1998844k total,   223744k used,  1775100k free,  3330212k cached

  PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                                
31603 miracle   20   0 2368m 681m  52m S    6  9.1 206:07.74 firefox                                                                                
 1507 root      20   0  451m 188m  97m S    2  2.5 193:49.86 Xorg  
....

这里通过 -d 选项延长 top 的刷新频率便于操作。此处可见，只有 USER 字段，表示相应进程的 effective user id.

打开 read user id 的显示选项

在 top 命令运行期间，输入 f, 可以看见类似如下行：
```
c: RUSER      = Real user name
```
输入 c 即可打开 Real user name 的显示开关。
```
* C: RUSER      = Real user name
```

最后 Return 回车回到 top 中，即可看到 real user id 的选项

此时输入 o,可调整列次序

最终我们可看到包含 effective user id 和 real user id 的输出如下：

top - 15:57:58 up 9 days,  1:49,  9 users,  load average: 0.23, 0.22, 0.23
Tasks: 286 total,   1 running, 284 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
Cpu(s):  3.9%us,  1.4%sy,  0.0%ni, 94.6%id,  0.1%wa,  0.0%hi,  0.0%si,  0.0%st
Mem:   7707276k total,  7539776k used,   167500k free,   154996k buffers
Swap:  1998844k total,   225132k used,  1773712k free,  3300036k cached

  PID USER     RUSER     PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                              
31603 miracle  miracle   20   0 2376m 688m  52m S    4  9.2 206:24.14 firefox                    
 1507 root     root      20   0  451m 188m  97m S    3  2.5 194:06.27 Xorg  
 ....

其中， PID 是对应进程， USER 是对应的 effective user, RUSER 是对应的 real user 。

进程访问文件的权限控制策略

规则

进程访问文件大致权限控制策略

对于进程访问文件而言，最重要的是 euid, 所以其权限属性均以 euid 为 "中心"。

进程的 euid 一般默认即为其 ruid 值
若可执行文件的可执行权限位为 s ，进程对其调用 exec 后，其 euid 被设置为该可执行文件的 user id
进程的 saved set user id 拷贝自 euid.
当进程的 euid 与文件的 user id 匹配时，进程才具有文件 user 权限位所设定的权限
组权限 egid 的控制规则类似。

通过 `exec` 执行文件修改权限属性

通过 exec 调用可执行文件之时：

进程 ruid 值始终不变；
saved set-user ID 始终来自 euid ；
euid 值取决于文件的 set-user-ID 位是否被设置。

如下：

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">real user ID</td>
<td class="org-left">unchanged</td>
<td class="org-left">unchanged</td>
</tr>
</tbody>

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">effective user ID</td>
<td class="org-left">unchanged</td>
<td class="org-left">set from userID of program file</td>
</tr>
</tbody>

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">saved set-user ID</td>
<td class="org-left">copied from effective user ID</td>
<td class="org-left">copied from effective user ID</td>
</tr>
</tbody>
</table>

通过 `setuid(uid)` 系统调用修改权限属性

通过 setuid(uid) 修改权限属性之时：

superuser 可顺利修改 ruid, euid, saved set-user ID ；
unprivileged user 只能在 uid 与 ruid 或 saved set-user ID 相等时可修改 euid, 其它无法修改。

如下：

<col class="org-left" />
</colgroup>
<thead>
<tr>
<th scope="col" class="org-left">ID</th>
<th scope="col" class="org-left">superuser</th>
<th scope="col" class="org-left">unprivileged user</th>
</tr>
</thead>

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">real user ID</td>
<td class="org-left">set to uid</td>
<td class="org-left">unchanged</td>
</tr>
</tbody>

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">effective user ID</td>
<td class="org-left">set to uid</td>
<td class="org-left">set to uid</td>
</tr>
</tbody>

<tbody>
<tr>
<td class="org-left">saved set-user ID</td>
<td class="org-left">set to uid</td>
<td class="org-left">unchanged</td>
</tr>
</tbody>
</table>

举例

再举几个比较特别的例子：

设置了 `set-user-id`

$ ls -l /usr/bin/sudo
-rwsr-xr-x 1 root root 71288  2月 28  2013 /usr/bin/sudo

如前所述，这个输出的含义是，对于 /usr/bin/sudo 文件，

第1~3位的 rws 表示该文件可被它的owner（属主）以 r 或 w 或 s 的权限访问
第4~6位的 r-x 表示该文件可被与该文件同一属组的用户以 r 或 x 的权限访问。
第7~9位的 r-x 表示该文件可被其它未知用户以 r 或 x 的权限访问。

这样设置之后，对于owner，具有读、写、执行权限，这一点没有什么不同。但是对于不属于 root 组的普通用户进程来说，却大不相同。

普通用户进程执行 sudo 命令时通过其 others 中的 x 获得执行权限，再通过 user 中的 s 使得普通用户进程临时具有了 sudo 可执行文件属主( root )的权限，即超级权限。

这也是为什么通过 sudo 命令就可以让普通用户执行许多管理员权限的命令的原因。

设置了 `stick-bit`

$ ls -l / |grep tmp
drwxrwxrwt  25 root root 12288  7月 20 09:09 tmp

这样设置之后，对于 /tmp 目录，任何人都具有读、写、执行权限，这一点没有什么不同。但是对于 others 部分设置了粘滞位 t, 其功能却大不相同。

若目录没设置粘滞位，任何对目录有写权限者都则可删除其中任何文件和子目录，即使他不是相应文件的所有者，也没有读或写许可; 设置粘滞位后，用户就只能写或删除属于他的文件和子目录。

这也是为什么任何人都能向 /tmp 目录写文件、目录，却只能写和删除自己拥有的文件或目录的原因。

举一个 `man` 程序的应用片断，描述 `set-user-id` 和 `saved set-user-id` 的使用

man 程序可以用来显示在线帮助手册， man 程序可以被安装指定 set-user-ID 或者 set-group-ID 为一个指定的用户或者组。

man 程序可以读取或者覆盖某些位置的文件，这一般由一个配置文件(通常是 /etc/man.config 或者 /etc/manpath.config )或者命令行选项来进行配置。

man 程序可能会执行一些其它的命令来处理包含显示的 man 手册页的文件。

为防止处理出错， man 会从两个特权之间进行切换：运行 man 命令的用户特权，以及 man 程序的拥有者的特权。

需要抓住的主线：当只执行 man 之时，进程特权就是 man 用户的特权，当通过 man 执行子进程（如通过 !bash 引出shell命令）时，用户切换为当前用户，执行完又切换回去。

过程如下：

假设 man 程序文件被用户 man 所拥有，并且已经被设置了它的 set-user-ID 位，当我们 exec 它的时候，我们有如下情况：
- real user ID = 我们的用户UID
- effective user ID = man用户UID
- saved set-user-ID = man用户UID
man 程序会访问需要的配置文件和 man 手册页。这些文件由 man 用户所拥有，但是由于 effective user ID 是 man,文件的访问就被允许了。
在 man 为我们运行任何命令的时候，它会调用 setuid(getuid())) (getuid() 返回的是 real user id).

因为我们不是 superuser 进程，这个变化只能改变 effective user ID. 我们会有如下情况：
- real user ID = 我们的用户UID(不会被改变)
- effective user ID = 我们的用户UID
- saved set-user-ID = man 的用户UID(不会被改变)
现在 man 进程运行的时候把我们得UID作为它的 effective user ID.这也就是说，我们只能访问我们拥有自己权限的文件。也就是说，它能够代表我们安全地执行任何 filter.
当 filter 做完了的时候， man 会调用 setuid(euid).

这里， euid 是 man 用户的UID.(这个ID是通过 man 调用 geteuid 来保存的)这个调用是可以的，因为 setuid 的参数和 saved set-user-ID 是相等的。(这也就是为什么我们需要 saved set-user-ID).这时候我们会有如下情况：
- real user ID = 我们的用户UID(不会被改变)
- effective user ID = man的UID
- saved set-user-ID = man 的用户UID(不会被改变)
由于 effective user ID 是 man,现在 man 程序可以操作它自己的文件了。

通过这样使用 saved set-user-ID,我们可以在进程开始和结束的时候通过程序文件的 set-user-ID 来使用额外的权限。然而，期间我们却是以我们自己的权限运行的。如果我们无法在最后切换回 saved set-user-ID,我们就可能会在我们运行的时候保留额外的权限。

下面我们来看看如果 man 启动一个 shell 的时候会发生什么：

这里的 shell 是 man 使用 fork 和 exec 来启动的。
因为这时 real user ID 和 effective user ID 都是我们的普通用户UID(参见step3)，所以 shell 没有其它额外的权限.
启动的 shell 无法访问 man 的 saved set-user-ID(man) ,因为 shell 的 saved set-user-ID 是由 exec 从 effective user ID 拷贝过来的。
在执行 exec 的子进程( shell )中，所有的 user ID 都是我们的普通用户ID.

实际上，我们描述 man 使用 setuid 函数的方法不是特别正确，因为程序可能会 set-user-ID 为 root .这时候， setuid 会把所有三种uid都变成你设置的id，但是我们只需要设置 effective user ID.

最后编辑于：2019.11.20 10:30:07

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