Защита памяти и ядра в ОС ROSA
Статья в процессе написания. Переносится из написанного ранее документа PDF.
Содержание
Защита памяти и ядра в ОС ROSA. Свод требований
Здесь приведены рекомендации по настройке ядра и опций защиты памяти. Критически важно защищать ядро и системную память. Если допустить, что ядро или память скомпрометированы, то нет никаких гарантий в правильной работе любых механизмов безопасности и системы в целом.
Сводная информация с рекомендуемыми настройками для ядра ОС и проекция к Методическому документу ФСТЭК «Рекомендации по обеспечению безопасной настройки операционных систем Linux» от 25 декабря 2022 г. — приведена в таблице ниже:
| № п/п | Параметр и рекомендуемое значение | Интерфейс | См. документ ФСТЭК | См. раздел | Значение по умолчанию |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | kernel.dmesg_restrict=1 |
/etc/sysctl.conf |
2.4.1 | Текст ячейки | 0
|
| 2 | kernel.kptr_restrict=2 |
/etc/sysctl.conf |
2.4.2 | Текст ячейки | 0
|
| 3 | init_on_alloc=1 |
/etc/default/grub |
2.4.3 | Текст ячейки | Неактивно |
| 4 | slab_nomerge |
/etc/default/grub |
2.4.4 | Текст ячейки | Неактивно |
| 5 | iommu=force iommu.strict=1 iommu.passthrough=0 |
/etc/default/grub |
2.4.5 | Текст ячейки | Неактивно |
| 6 | randomize_kstack_offset=1 |
/etc/default/grub |
2.4.6 | Текст ячейки | |
| 7 | mitigations=auto,nosmt |
/etc/default/grub |
2.4.7 | Текст ячейки | Неактивно |
| 8 | net.core.bpf_jit_harden=2 |
/etc/sysctl.conf |
2.4.8 | Текст ячейки | 0
|
| 9 | vsyscall=none |
/etc/default/grub |
2.5.1 | Текст ячейки | Неактивно |
| 10 | kernel.perf_event_paranoid=3 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.2 | Нет | 2
|
| 11 | debugfs=no-mount |
/etc/default/grub |
2.5.3 | Текст ячейки | Неактивно |
| 12 | kernel.kexec_load_disabled=1 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.4 | Текст ячейки | 0
|
| 13 | user.max_user_namespaces=0 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.5 | Текст ячейки | 509894
|
| 14 | kernel.unprivileged_bpf_disabled=1 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.6 | Текст ячейки | 2
|
| 15 | vm.unprivileged_userfaultfd=0 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.7 | Текст ячейки | 1
|
| 16 | dev.tty.ldisc_autoload=0 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.8 | Текст ячейки | 1
|
| 17 | tsx=off |
/etc/default/grub |
2.5.9 | Текст ячейки | Неактивно |
| 18 | vm.mmap_min_addr=4096 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.10 | Текст ячейки | 65536
|
| 19 | kernel.randomize_va_space=2 |
/etc/sysctl.conf |
2.5.11 | Текст ячейки | 2
|
| 20 | kernel.yama.ptrace_scope=3 |
/etc/sysctl.conf |
2.6.1 | Текст ячейки | 1
|
Защита памяти и ядра ОС
В чем опасность?
Опасность заключается в возможности получения доступа к данным, обрабатывающимся ядром. Данные, которые обрабатывает ядро носят критическую ценность для ОС и её пользователей. Если они неправомочно доступны, то с их помощью можно реализовать атаки любого вида. По умолчанию в Linux имеются возможности загрузки другого ядра (подмены), или использовании потенциально опасных модулей (драйверов) ядра, в том числе без перезагрузки. Это может привести к обходу механизмов защиты и любой другой опасной активности.
Что можно сделать для повышения безопасности?
Можно активизировать собственные механизмы защиты ядра ОС, направленные на противодействие атакам разного рода, такие как: защита памяти, защита от переполнения буфера, контроль целостности ядра и загружаемых драйверов, ограничить отладку и т. п. Информация о механизмах защиты ядра с пояснениями приведена далее.
Ядро является основным и наиболее критическим компонентом любого дистрибутива операционной системы Linux, в том числе и с точки зрения выполнения функций безопасности. Большинство их сосредоточено именно в ядре, либо так или иначе выполняется при посредничестве ядра ОС.
Ядро обрабатывает данные программ, управляет страницами памяти и взаимодействием между процессами, управляет файловыми системами, сетью, всей периферией, занимается разграничением доступа, генерирует первичные сообщения аудита, может контролировать целостность программ, управляет жизненным циклом каждого процесса, управляет вводом и выводом, и т. п. Следовательно, во время работы, в ядре обрабатывается или хранится множество важнейшей информации — ключи шифрования, пароли или хеши паролей (аутентификационная информация), защищаемые данные, а также принимаются решения о доступе.
Кроме того, поскольку ядро еще и отслеживает все другие компоненты ОС. Важно, чтобы выполнялось только то ядро, которое является доверенным. Иначе может произойти раскрытие информации, и данные пользователей, а также пароли или ключи шифрования, могут быть скомпрометированы. Кроме того, если не защищать ядро ОС, то нарушитель может попытаться изменить состав модулей (драйверов) ядра. Это может привести к самым непредсказуемым последствиям. Под угрозой окажутся любые обрабатываемые данные и функции безопасности. Так можно преодолеть защиту, отключив важную подсистему ядра ОС Linux, например механизм аудита, функции разграничения доступа (SELinux), выключить защиту памяти или фильтр пакетов. Любым возможностям несанкционированного взаимодействия с ядром необходимо препятствовать.
Подробная информация об известных техниках эксплуатации уязвимостей в ядре ОС Linux приведена по ссылке: https://github.com/xairy/linux-kernel-exploitation
Защита от просмотра адресов указателей
Переменная ядра ОС, отвечающая за доступ к интерфейсам ядра /proc/kallsyms и /proc/modules — это kernel.kptr_restrict. Просматривая эти файлы, можно получать значения адресации памяти для указателей ядра. То есть можно, например, узнать, на какой адрес в памяти ссылается указатель той или иной программы, или загруженного модуля ядра. Переменная может принимать значения 0, 1 и 2. Более подробное описание рисков, связанных с атакой на адреса указателей и прототип эксплойта, демонстрирующий такую возможность, приведены по ссылке:
https://kernsec.org/wiki/index.php/Bug_Classes/Kernel_pointer_leak
Если для переменной kernel.kptr_restrict определено значение 0, то просматривать значения адресов в памяти может любой пользователь ОС. Если задано значение 1, то просматривать адресацию функций может только root. Если значение равно 2, то никто не получит информацию об адресации. Рекомендуемое значение — два. При значении единица — отображение адресов заменяется на нули для всех пользователей, кроме root. При значении два — отображение адресов заменяется на нули для всех пользователей, включая root.
Для проверки текущего значения этой переменной выполнить:
# sysctl -a | grep kptr
kernel.kptr_restrict = 2
Если значение отличается, то выполнить установку этой переменной:
# sysctl -w kernel.kptr_restrict=2
# echo 'kernel.kptr_restrict = 2' >> /etc/sysctl.conf
Отключение трассировки процессов
На первом этапе нужно проверить, есть ли в выполняющемся ядре LSM модуль YAMA. Для этого можно выполнить поиск нужной опции в конфигурационном файле ядра, например:
$ cat /boot/config-5.10.118-generic-2rosa2021.1-x86_64 | grep YAMA
CONFIG_SECURITY_YAMA=y
Если есть, то в ОС может использоваться настройка, позволяющая производить ограничения на трассировку процессов. Если нет (выдано значение CONFIG_SECURITY_YAMA is not set), то можно пропустить эту настройку.
Для проверки текущих значений трассировки выполнить (от имени администратора root):
# sysctl -a | grep ptrace
kernel.yama.ptrace_scope = 2
Рекомендуется установить запрет трассировки, используя значение 2 для переменной kernel.yama.ptrace_scope, или более строгое. Значение 2 определяет, что трассировку процессов может осуществлять только root. Значение \commandbox{3} полностью отключает трассировку, для всех пользователей, в том числе и для root. В описанной ниже конфигурации трассировка разрешается только пользователю root:
# sysctl -w kernel.yama.ptrace_scope=2
# echo 'kernel.yama.ptrace_scope = 2' >> /etc/sysctl.conf
Ограничения на просмотр сообщений ядра
Команда dmesg является очень популярной в ОС Linux. Она выводит на экран сообщения ядра ОС. По умолчанию эту команду может использовать любой пользователь в системе, следовательно её может применять злоумышленник, чтобы получить информацию о системе и некоторых её характеристиках. Соответственно, любой пользователь ОС сможет или напрямую обратиться к этому файлу ($ cat /dev/kmsg), или использовать программы чтения кольцевого буфера аудита ядра, такие как dmesg или rsyslog. Рекомендуется ограничивать пользователей в возможности получать сообщения кольцевого буфера аудита ядра, чтобы снизить вероятность получения информации о работающей системе или ее параметрах.
Переменная ядра ОС kernel.dmesg_restrict отвечает за доступ к интерфейсу кольцевого буфера аудита ядра (файлу /dev/kmsg). По умолчанию доступ пользователей к этому интерфейсу не запрещен. Значение 1 предписывает, что обращаться к нему может только root. Если установлено значение 0, то доступ пользователей к буферу аудита ядра не ограничивается.
Проверить текущее значение политики доступа к интерфейсу кольцевого буфера аудита ядра можно так:
# sysctl -a | grep dmesg
kernel.dmesg_restrict = 1
Если при проверке значение отличается от единицы, то нужно выполнить настройку запрета чтения из этого интерфейса всем, кроме root:
- sysctl -w kernel.dmesg_restrict=1
- echo 'kernel.dmesg_restrict = 1' >> /etc/sysctl.conf
Противодействие уязвимостям типа Meltdown и Spectre
Использование уязвимостей типа Meltdown или Spectre заключается в возможности несанкционированного выполнения кода в пространстве ядра. Например, возникающих при спекулятивном выполнении инструкций процессора (уязвимости типа Meltdown), и/или связанных с особенностями функционирования модуля прогнозирования ветвлений (уязвимости типа Spectre). Эти уязвимости были обнаружены в 2017 году, но все еще продолжают появляться различные их варианты.
Современные процессоры семейства x86 (производства компаний Intel и AMD) предоставляют возможность параллельного использования нескольких «нитей» или «потоков» на каждом процессорном ядре. Такая возможность называется SMT (Symmetric Multi-Threading, симметричная многопоточность). Поскольку «нити» или «потоки» (исходя из конструктивных особенностей ЦП) сохраняют возможности обмена информацией между собой, то это потенциально может привести к несанкционированному обмену информацией между процессами, выполняющимися в разных потоках, но на одном ядре ЦП. Либо может привести к нежелательному раскрытию информации в памяти и т.п. Поэтому в защищаемой системе опции процессора, отвечающие за SMT желательно отключить. При этом настоятельно рекомендуется использовать комплексный подход -- отключать поддержку SMT как на уровне системы ввода-вывода, так и на уровне операционной системы. Данный подход обеспечивает бОльшую уверенность в том, что уязвимости, связанные с недостатками SMT не будут проэксплуатированы, например в том случае, если производитель оборудования предоставит ошибочное обновление системы ввода-вывода, повторно включающее SMT после отключения.
Уязвимости типа Meltdown и Spectre могут привести к реализации атак, при которых злоумышленник сможет получить доступ к защищенной памяти из программы, не обладающей соответствующими привилегиями (путём анализа данных, записываемых в кэш процессора).
Одним из наиболее эффективных способов противостояния атакам семейств Meltdown и Spectre является отключение SMT (помимо обновлений инструкций самих процессоров и разнообразных патчей к ядру Linux и компиляторам). Для этого ядро ОС Linux имеет нужные параметры, которые позволяют отключить SMT.
С другой стороны, минусом этого решения является снижение производительности. Отключение SMT (любым способом, программным или аппаратным), приведет к тому, что количество виртуальных процессорных ядер (vCPU) уменьшится кратно числу потоков в каждом ядре ЦП (то есть, не менее, чем вдвое). Наличие большого количества ядер vCPU особенно важно при необходимости использовать виртуальные машины.
Но если без SMT все же можно обойтись -- то лучше отключить эту функциональность. Желательно планировать покупку оборудования с учетом того, что SMT будет отключаться.
Для проверки того, используется ли технология SMT, требуется от имени любого пользователя выполнить следующую команду:
$ cat /sys/devices/system/cpu/smt/active
0
Где 0 свидетельствует об отсутствии поддержки.
Иначе, если вывод 1, то рекомендуется отключить поддержку SMT, сначала в BIOS/UEFI, если это поддерживается оборудованием. А затем выключить её и в ядре операционной системы.
Для отключения поддержки SMT в ОС, требуется от имени root выполнить изменение строки GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT конфигурационного файла /etc/default/grub, дописав в ее конец следующие директивы:
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT='splash smem=1 mitigations=auto,nosmt'
После чего нужно обновить конфигурацию загрузчика (# update-grub) и перезагрузить ОС.