系統(tǒng)管理－Unix編程－UNIX系統(tǒng)編程常用庫函數(shù)說明 UNIX系統(tǒng)為程序員提供了許多子程序,這些子程序可存取各種安全屬性.有 些是信息子程序,返回文件屬性,實際的和有效的UID,GID等信息.有些子程序可 改變文件屬性.UID,GID等有些處理口令文件和小組文件,還有些完成加密和解密. 本文主要討論有關(guān)系統(tǒng)子程序,標(biāo)準(zhǔn)C庫子程序的安全,如何寫安全的C程序 并從root的角度介紹程序設(shè)計(僅能被root調(diào)用的子程序). 1.系統(tǒng)子程序 (1)I/O子程序 *creat():建立一個新文件或重寫一個暫存文件. 需要兩個參數(shù):文件名和存取許可值(8進制方式).如: creat('/usr/pat/read_write',0666) /* 建立存取許可方式為0666的文件 */ 調(diào)用此子程序的進程必須要有建立的文件的所在目錄的寫和執(zhí)行許可,置 給creat()的許可方式變量將被umask()設(shè)置的文件建立屏蔽值所修改,新 文件的所有者和小組由有效的UID和GID決定. 返回值為新建文件的文件描述符. *fstat():見后面的stat(). *open():在C程序內(nèi)部打開文件. 需要兩個參數(shù):文件路徑名和打開方式(I,O,I&O). 如果調(diào)用此子程序的進程沒有對于要打開的文件的正確存取許可(包括文 件路徑上所有目錄分量的搜索許可),將會引起執(zhí)行失敗. 如果此子程序被調(diào)用去打開不存在的文件,除非設(shè)置了O_CREAT標(biāo)志,調(diào)用 將不成功.此時,新文件的存取許可作為第三個參數(shù)(可被用戶的umask修 改). 當(dāng)文件被進程打開后再改變該文件或該文件所在目錄的存取許可,不影響對該文件的I/O操作. *read():從已由open()打開并用作輸入的文件中讀信息. 它并不關(guān)心該文件的存取許可.一旦文件作為輸入打開,即可從該文件中讀 取信息. *write():輸出信息到已由open()打開并用作輸出的文件中.同read()一樣 它也不關(guān)心該文件的存取許可. (2)進程控制 *exec()族:包括execl(),execv(),execle(),execve(),execlp()和execvp() 可將一可執(zhí)行模快拷貝到調(diào)用進程占有的存貯空間.正被調(diào)用進 程執(zhí)行的程序?qū)⒉粡?fù)存在,新程序取代其位置. 這是UNIX系統(tǒng)中一個程序被執(zhí)行的唯一方式:用將執(zhí)行的程序復(fù)蓋原有的 程序. 安全注意事項: . 實際的和有效的UID和GID傳遞給由exec()調(diào)入的不具有SUID和SGID許 可的程序. . 如果由exec()調(diào)入的程序有SUID和SGID許可,則有效的UID和GID將設(shè) 置給該程序的所有者或小組 . 文件建立屏蔽值將傳遞給新程序. . 除設(shè)了對exec()關(guān)閉標(biāo)志的文件外,所有打開的文件都傳遞給新程序. 用fcntl()子程序可設(shè)置對exec()的關(guān)閉標(biāo)志. *fork():用來建立新進程.其建立的子進程是與調(diào)用fork()的進程(父進程) 完全相同的拷貝(除了進程號外) 安全注意事項: . 子進程將繼承父進程的實際和有效的UID和GID. . 子進程繼承文件方式建立屏蔽值. . 所有打開的文件傳給子進程. *signal():允許進程處理可能發(fā)生的意外事件和中斷. 需要兩個參數(shù):信號編號和信號發(fā)生時要調(diào)用的子程序. 信號編號定義在signal.h中. 信號發(fā)生時要調(diào)用的子程序可由用戶編寫,也可用系統(tǒng)給的值,如:SIG_IGN 則信號將被忽略,SIG_DFL則信號將按系統(tǒng)的缺省方式處理. 如許多與安全有關(guān)的程序禁止終端發(fā)中斷信息(BREAK和DELETE),以免自己 被用戶終端終止運行. 有些信號使UNIX系統(tǒng)的產(chǎn)生進程的核心轉(zhuǎn)儲(進程接收到信號時所占內(nèi)存 的內(nèi)容,有時含有重要信息),此系統(tǒng)子程序可用于禁止核心轉(zhuǎn)儲. (3)文件屬性 *access():檢測指定文件的存取能力是否符合指定的存取類型. 需要兩個參數(shù):文件名和要檢測的存取類型(整數(shù)). 存取類型定義如下: 0: 檢查文件是否存在 1: 檢查是否可執(zhí)行(搜索) 2: 檢查是否可寫 3: 檢查是否可寫和執(zhí)行 4: 檢查是否可讀 5: 檢查是否可讀和執(zhí)行 6: 檢查是否可讀可寫可執(zhí)行 這些數(shù)字的意義和chmod命令中規(guī)定許可方式的數(shù)字意義相同. 此子程序使用實際的UID和GID檢測文件的存取能力(一般有效的UID和GID 用于檢查文件存取能力). 返回值: 0:許可 -1:不許可. *chmod():將指定文件或目錄的存取許可方式改成新的許可方式. 需要兩個參數(shù):文件名和新的存取許可方式. *chown():同時改變指定文件的所有者和小組的UID和GID.(與chown命令不 同). 由于此子程序同時改變文件的所有者和小組,故必須取消所操作文件的SUID 和SGID許可,以防止用戶建立SUID和SGID程序,然后運行chown()去獲得別 人的權(quán)限. *stat():返回文件的狀態(tài)(屬性). 需要兩個參數(shù):文件路徑名和一個結(jié)構(gòu)指針,指向狀態(tài)信息的存放 的位置. 結(jié)構(gòu)定義如下: st_mode: 文件類型和存取許可方式 st_ino: I節(jié)點號 st_dev: 文件所在設(shè)備的ID st_rdev: 特別文件的ID st_nlink: 文件鏈接數(shù) st_uid: 文件所有者的UID st_gid: 文件小組的GID st_size: 按字節(jié)計數(shù)的文件大小 st_atime: 最后存取時間(讀) st_mtime: 最后修改時間(寫)和最后狀態(tài)的改變 st_ctime: 最后的狀態(tài)修改時間 返回值: 0:成功 1:失敗 *umask():將調(diào)用進程及其子進程的文件建立屏蔽值設(shè)置為指定的存取許可. 需要一個參數(shù): 新的文件建立屏值. (4)UID和GID的處理 *getuid():返回進程的實際UID. *getgid():返回進程的實際GID. 以上兩個子程序可用于確定是誰在運行進程. *geteuid():返回進程的有效UID. *getegid():返回進程的有效GID. 以上兩個子程序可在一個程序不得不確定它是否在運行某用戶而不是運行 它的用戶的SUID程序時很有用,可調(diào)用它們來檢查確認本程序的確是以該 用戶的SUID許可在運行. *setuid():用于改變有效的UID. 對于一般用戶,此子程序僅對要在有效和實際的UID之間變換的SUID程序才 有用(從原有效UID變換為實際UID),以保護進程不受到安全危害.實際上該 進程不再是SUID方式運行. *setgid():用于改變有效的GID. 2.標(biāo)準(zhǔn)C庫 (1)標(biāo)準(zhǔn)I/O *fopen():打開一個文件供讀或?qū)?安全方面的考慮同open()一樣. *fread(),getc(),fgetc(),gets(),scanf()和fscanf():從已由fopen()打 開供讀的文件中讀取信息.它們并不關(guān)心文件的存取許可.這一點 同read(). *fwrite(),put(),fputc(),puts,fputs(),printf(),fprintf():寫信息到 已由fopen()打開供寫的文件中.它們也不關(guān)心文件的存取許可. 同write(). *getpass():從終端上讀至多8個字符長的口令,不回顯用戶輸入的字符. 需要一個參數(shù): 提示信息. 該子程序?qū)⑻崾拘畔@示在終端上,禁止字符回顯功能,從/dev/tty讀取口 令,然后再恢復(fù)字符回顯功能,返回剛敲入的口令的指針. *popen():將在(5)運行shell中介紹. (2)/etc/passwd處理 有一組子程序可對/etc/passwd文件進行方便的存取,可對文件讀取到入口 項或?qū)懶碌娜肟陧椈蚋碌鹊? *getpwuid():從/etc/passwd文件中獲取指定的UID的入口項. *getpwnam():對于指定的登錄名,在/etc/passwd文件檢索入口項. 以上兩個子程序返回一指向passwd結(jié)構(gòu)的指針,該結(jié)構(gòu)定義在 /usr/include/pwd.h中,定義如下: struct passwd { char * pw_name; /* 登錄名 */ char * pw_passwd; /* 加密后的口令 */ uid_t pw_uid; /* UID */ gid_t pw_gid; /* GID */ char * pw_age; /* 代理信息 */ char * pw_comment; /* 注釋 */ char * pw_gecos; char * pw_dir; /* 主目錄 */ char * pw_shell; /* 使用的shell */ }; *getpwent(),setpwent(),endpwent():對口令文件作后續(xù)處理. 首次調(diào)用getpwent(),打開/etc/passwd并返回指向文件中第一個入口項的 指針,保持調(diào)用之間文件的打開狀態(tài). 再調(diào)用getpwent()可順序地返回口令文件中的各入口項. 調(diào)用setpwent()把口令文件的指針重新置為文件的開始處. 使用完口令文件后調(diào)用endpwent()關(guān)閉口令文件. *putpwent():修改或增加/etc/passwd文件中的入口項. 此子程序?qū)⑷肟陧棇懙揭粋€指定的文件中,一般是一個臨時文件,直接寫口令文件是很危險的.最好在執(zhí)行前做文件封鎖,使兩個程序不能同時寫一個 文件. 算法如下: . 建立一個獨立的臨時文件,即/etc/passnnn,nnn是PID號. . 建立新產(chǎn)生的臨時文件和標(biāo)準(zhǔn)臨時文件/etc/ptmp的鏈,若建鏈?zhǔn)? 則為有人正在使用/etc/ptmp,等待直到/etc/ptmp可用為止或退出. . 將/etc/passwd拷貝到/etc/ptmp,可對此文件做任何修改. . 將/etc/passwd移到備份文件/etc/opasswd. . 建立/etc/ptmp和/etc/passwd的鏈. . 斷開/etc/passnnn與/etc/ptmp的鏈. 注意:臨時文件應(yīng)建立在/etc目錄,才能保證文件處于同一文件系統(tǒng)中,建 鏈才能成功,且臨時文件不會不安全.此外,若新文件已存在,即便建 鏈的是root用戶,也將失敗,從而保證了一旦臨時文件成功地建鏈后 沒有人能再插進來干擾.當(dāng)然,使用臨時文件的程序應(yīng)確保清除所有 臨時文件,正確地捕捉信號. (3)/etc/group的處理 有一組類似于前面的子程序處理/etc/group的信息,使用時必須用include 語句將/usr/include/grp.h文件加入到自己的程序中.該文件定義了group 結(jié)構(gòu),將由getgrnam(),getgrgid(),getgrent()返回group結(jié)構(gòu)指針. *getgrnam():在/etc/group文件中搜索指定的小組名,然后返回指向小組入 口項的指針. *getgrgid():類似于前一子程序,不同的是搜索指定的GID. *getgrent():返回group文件中的下一個入口項. *setgrent():將group文件的文件指針恢復(fù)到文件的起點. *endgrent():用于完成工作后,關(guān)閉group文件. *getuid():返回調(diào)用進程的實際UID. *getpruid():以getuid()返回的實際UID為參數(shù),確定與實際UID相應(yīng)的登錄 名,或指定一UID為參數(shù). *getlogin():返回在終端上登錄的用戶的指針. 系統(tǒng)依次檢查STDIN,STDOUT,STDERR是否與終端相聯(lián),與終端相聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)輸 入用于確定終端名,終端名用于查找列于/etc/utmp文件中的用戶,該文件 由login維護,由who程序用來確認用戶. *cuserid():首先調(diào)用getlogin(),若getlogin()返回NULL指針,再調(diào)用 getpwuid(getuid()). *以下為命令: *logname:列出登錄進終端的用戶名. *who am I:顯示出運行這條命令的用戶的登錄名. *id:顯示實際的UID和GID(若有效的UID和GID和實際的不同時也顯示有效的 UID和GID)和相應(yīng)的登錄名. (4)加密子程序 1977年1月,NBS宣布一個用于美國聯(lián)邦政府ADP系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)加密法:數(shù) 據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)即DES用于非機密應(yīng)用方面.DES一次處理64BITS的塊,56位的加 密鍵. *setkey(),encrypt():提供用戶對DES的存取. 此兩子程序都取64BITS長的字符數(shù)組,數(shù)組中的每個元素代表一個位,為0 或1.setkey()設(shè)置將按DES處理的加密鍵,忽略每第8位構(gòu)成一個56位的加 密鍵.encrypt()然后加密或解密給定的64BITS長的一塊,加密或解密取決 于該子程序的第二個變元,0:加密 1:解密. *crypt():是UNIX系統(tǒng)中的口令加密程序,也被/usr/lib/makekey命令調(diào)用. Crypt()子程序與crypt命令無關(guān),它與/usr/lib/makekey一樣取8個字符長 的關(guān)鍵詞,2個salt字符.關(guān)鍵詞送給setkey(),salt字符用于混合encrypt() 中的DES算法,最終調(diào)用encrypt()重復(fù)25次加密一個相同的字符串. 返回加密后的字符串指針. (5)運行shell *system():運行/bin/sh執(zhí)行其參數(shù)指定的命令,當(dāng)指定命令完成時返回. *popen():類似于system(),不同的是命令運行時,其標(biāo)準(zhǔn)輸入或輸出聯(lián)到由 popen()返回的文件指針. 二者都調(diào)用fork(),exec(),popen()還調(diào)用pipe(),完成各自的工作,因而 fork()和exec()的安全方面的考慮開始起作用. 3.寫安全的C程序 一般有兩方面的安全問題,在寫程序時必須考慮: (1)確保自己建立的任何臨時文件不含有機密數(shù)據(jù),如果有機密數(shù)據(jù),設(shè)置 臨時文件僅對自己可讀/寫.確保建立臨時文件的目錄僅對自己可寫. (2)確保自己要運行的任何命令(通過system(),popen(),execlp(), execvp()運行的命令)的確是自己要運行的命令,而不是其它什么命 令,尤其是自己的程序為SUID或SGID許可時要小心. 第一方面比較簡單,在程序開始前調(diào)用umask(077).若要使文件對其他人可 讀,可再調(diào)chmod(),也可用下述語名建立一個'不可見'的臨時文件. Creat('/tmp/xxx',0); file=open('/tmp/xxx',O_RDWR); unlink('/tmp/xxx'); 文件/tmp/xxx建立后,打開,然后斷開鏈,但是分配給該文件的存儲器并未刪 除,直到最終指向該文件的文件通道被關(guān)閉時才被刪除.打開該文件的進程 和它的任何子進程都可存取這個臨時文件,而其它進程不能存取該文件,因 為它在/tmp中的目錄項已被unlink()刪除. 第二方面比較復(fù)雜而微妙,由于system(),popen(),execlp(),execvp()執(zhí)行 時,若不給出執(zhí)行命令的全路徑,就能'騙'用戶的程序去執(zhí)行不同的命令.因 為系統(tǒng)子程序是根據(jù)PATH變量確定哪種順序搜索哪些目錄,以尋找指定的命 令,這稱為SUID陷井.最安全的辦法是在調(diào)用system()前將有效UID改變成實 際UID,另一種比較好的方法是以全路徑名命令作為參數(shù).execl(),execv(), execle(),execve()都要求全路徑名作為參數(shù).有關(guān)SUID陷井的另一方式是 在程序中設(shè)置PATH,由于system()和popen()都啟動shell,故可使用shell句 法. 如: system('PATH=/bin:/usr/bin cd'); 這樣允許用戶運行系統(tǒng)命令而不必知道要執(zhí)行的命令在哪個目錄中,但這種 方法不能用于execlp(),execvp()中,因為它們不能啟動shell執(zhí)行調(diào)用序列 傳遞的命令字符串. 關(guān)于shell解釋傳遞給system()和popen()的命令行的方式,有兩個其它的問 題: *shell使用IFS shell變量中的字符,將命令行分解成單詞(通常這個 shell變量中是空格,tab,換行),如IFS中是/,字符串/bin/ed被解釋成單詞 bin,接下來是單詞ed,從而引起命令行的曲解. 再強調(diào)一次:在通過自己的程序運行另一個程序前,應(yīng)將有效UID改為實際的 UID,等另一個程序退出后,再將有效UID改回原來的有效UID. SUID/SGID程序指導(dǎo)準(zhǔn)則 (1)不要寫SUID/SGID程序,大多數(shù)時候無此必要. (2)設(shè)置SGID許可,不要設(shè)置SUID許可.應(yīng)獨自建立一個新的小組. (3)不要用exec()執(zhí)行任何程序.記住exec()也被system()和popen()調(diào)用. . 若要調(diào)用exec()(或system(),popen()),應(yīng)事先用setgid(getgid()) 將有效GID置加實際GID. . 若不能用setgid(),則調(diào)用system()或popen()時,應(yīng)設(shè)置IFS: popen('IFS=tn;export IFS;/bin/ls','r'); . 使用要執(zhí)行的命令的全路徑名. . 若不能使用全路徑名,則應(yīng)在命令前先設(shè)置PATH: popen('IFS=tn;export IFS;PATH=/bin:/usr/bin;/bin/ls','r'); . 不要將用戶規(guī)定的參數(shù)傳給system()或popen();若無法避免則應(yīng)檢查 變元字符串中是否有特殊的shell字符. . 若用戶有個大程序,調(diào)用exec()執(zhí)行許多其它程序,這種情況下不要將 大程序設(shè)置為SGID許可.可以寫一個(或多個)更小,更簡單的SGID程序 執(zhí)行必須具有SGID許可的任務(wù),然后由大程序執(zhí)行這些小SGID程序. (4)若用戶必須使用SUID而不是SGID,以相同的順序記住(2),(3)項內(nèi)容,并 相應(yīng)調(diào)整.不要設(shè)置root的SUID許可.選一個其它戶頭. (5)若用戶想給予其他人執(zhí)行自己的shell程序的許可,但又不想讓他們能 讀該程序,可將程序設(shè)置為僅執(zhí)行許可,并只能通過自己的shell程序來 運行. 編譯,安裝SUID/SGID程序時應(yīng)按下面的方法 (1)確保所有的SUID(SGID)程序是對于小組和其他用戶都是不可寫的,存取 權(quán)限的限制低于4755(2755)將帶來麻煩.只能更嚴(yán)格.4111(2111)將使 其他人無法尋找程序中的安全漏洞. (2)警惕外來的編碼和make/install方法 . 某些make/install方法不加選擇地建立SUID/SGID程序. . 檢查違背上述指導(dǎo)原則的SUID/SGID許可的編碼. . 檢查makefile文件中可能建立SUID/SGID文件的命令. 4.root程序的設(shè)計 有若干個子程序可以從有效UID為0的進程中調(diào)用.許多前面提到的子程序, 當(dāng)從root進程中調(diào)用時,將完成和原來不同的處理.主要是忽略了許可權(quán)限的檢 查. 由root用戶運行的程序當(dāng)然是root進程(SUID除外),因有效UID用于確定文 件的存取權(quán)限,所以從具有root的程序中,調(diào)用fork()產(chǎn)生的進程,也是root進程. (1)setuid():從root進程調(diào)用setuid()時,其處理有所不同,setuid()將把有 效的和實際的UID都置為指定的值.這個值可以是任何整型數(shù).而對非root 進程則僅能以實際UID或本進程原來有效的UID為變量值調(diào)用setuid(). (2)setgid():在系統(tǒng)進程中調(diào)用setgid()時,與setuid()類似,將實際和有效 的GID都改變成其參數(shù)指定的值. * 調(diào)用以上兩個子程序時,應(yīng)當(dāng)注意下面幾點: . 調(diào)用一次setuid()(setgid())將同時設(shè)置有效和實際UID(GID),獨立分 別設(shè)置有效或?qū)嶋HUID(GID)固然很好,但無法做到這點. . Setuid()(setgid())可將有效和實際UID(GID)設(shè)置成任何整型數(shù),其數(shù) 值不必一定與/etc/passwd(/etc/group)中用戶(小組)相關(guān)聯(lián). . 一旦程序以一個用戶的UID了setuid(),該程序就不再做為root運行,也 不可能再獲root特權(quán). (3)chown():當(dāng)root進程運行chown()時,chown()將不刪除文件的SUID和/或 SGID許可,但當(dāng)非root進程運行chown()時,chown()將取消文件的SUID和/ 或SGID許可. (4)chroot():改變進程對根目錄的概念,調(diào)用chroot()后,進程就不能把當(dāng)前 工作目錄改變到新的根目錄以上的任一目錄,所有以/開始的路徑搜索,都 從新的根目錄開始. (5)mknod():用于建立一個文件,類似于creat(),差別是mknod()不返回所打開 文件的文件描述符,并且能建立任何類型的文件(普通文件,特殊文件,目錄 文件).若從非root進程調(diào)用mknod()將執(zhí)行失敗,只有建立FIFO特別文件 (有名管道文件)時例外,其它任何情況下,必須從root進程調(diào)用mknod().由 于creat()僅能建立普通文件,mknod()是建立目錄文件的唯一途徑,因而僅 有root能建立目錄,這就是為什么mkdir命令具有SUID許可并屬root所有. 一般不從程序中調(diào)用mknod().通常用/etc/mknod命令建立特別設(shè)備文件而 這些文件一般不能在使用著時建立和刪除,mkdir命令用于建立目錄.當(dāng)用 mknod()建立特別文件時,應(yīng)當(dāng)注意確從所建的特別文件不允許存取內(nèi)存, 磁盤,終端和其它設(shè)備. (6)unlink():用于刪除文件.參數(shù)是要刪除文件的路徑名指針.當(dāng)指定了目錄 時,必須從root進程調(diào)用unlink(),這是必須從root進程調(diào)用unlink()的唯 一情況,這就是為什么rmdir命令具有root的SGID許可的原因. (7)mount(),umount():由root進程調(diào)用,分別用于安裝和拆卸文件系統(tǒng).這兩 個子程序也被mount和umount命令調(diào)用,其參數(shù)基本和命令的參數(shù)相同.調(diào) 用mount(),需要給出一個特別文件和一個目錄的指針,特別文件上的文件 系統(tǒng)就將安裝在該目錄下,調(diào)用時還要給出一個標(biāo)識選項,指定被安裝的文 件系統(tǒng)要被讀/寫(0)還是僅讀(1).umount()的參數(shù)是要一個要拆卸的特別 文件的指針.