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SECCOMP 본문

개념 정리

SECCOMP

J4guar 2022. 5. 20. 00:40

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Sandbox

외부의 공격으로부터 시스템을 보호하기 위해 설계된 기법으로 Allow List와 Deny List 두 가지를 선택 적용해 애플리케이션 기능에 꼭 필요한 시스템 콜 실행, 파일의 접근만을 허용합니다.

SECure COMPuting mode (SECCOMP)

리눅스 커널에서 프로그램의 Sandboxing 매커니즘을 제공하는 컴퓨터 보안 기능입니다.

SECCOMP 설치

apt install libseccomp-dev libseccomp2 seccomp

SECCOMP를 사용하면 애플리케이션에서 불필요한 시스템 콜의 호출을 방지할 수 있습니다.

애플리케이션에서 외부의 시스템 명령어를 실행하지 않는다면, execve 같은 시스템 콜이 굳이 실행될 필요가 없습니다.

해당 시스템 콜은 공격 시에 일반적으로 임의의 명령어를 실행하기 위해 사용됩니다.

예를 들어, execve 시스템 콜의 실행을 방지하는 정책을 적용하면 외부의 공격으로부터 execve 시스템 콜이 실행될 경우 애플리케이션을 즉시 종료합니다.

따라서 애플리케이션의 취약점이 존재해도 외부의 공격으로부터 피해를 최소화할 수 있습니다.

int __secure_computing(const struct seccomp_data *sd) {
  int mode = current->seccomp.mode;
  int this_syscall;
  ... 
  this_syscall = sd ? sd->nr : syscall_get_nr(current, task_pt_regs(current));
  switch (mode) {
    case SECCOMP_MODE_STRICT:
      __secure_computing_strict(this_syscall); /* may call do_exit */
      return 0;
    case SECCOMP_MODE_FILTER:
      return __seccomp_filter(this_syscall, sd, false);
    ...
  }
}

SECCOMP의 두 가지의 모드

STRICT_MODE

read, write, exit, sigreturn 시스템 콜의 호출만을 허용하여 이외의 시스템 콜의 호출 요청이 들어오면 SIGKILL 시그널을 발생하고 프로그램을 종료합니다.

해당 모드는 매우 적은 시스템 콜만을 허용해 다양한 기능을 수행하는 애플리케이션에서 적용할 수 없습니다.

아래 코드를 살펴보면 init_filter 함수에서 prctl 함수를 사용해 strict 모드를 적용한 것을 볼 수 있습니다.

결과적으로 open 함수가 실행되지 않고 프로그램이 종료된 것을 확인할 수 있습니다.

#include <fcntl.h>
#include <linux/seccomp.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

void init_filter() { prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_STRICT); }

int main() {
  char buf[256];
  int fd = 0;
  init_filter();
  write(1, "OPEN!\n", 6);
  fd = open("/bin/sh", O_RDONLY);
  write(1, "READ!\n", 6);
  read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
  write(1, buf, sizeof(buf));
  return 0;
}

STRICT_MODE에서 어떻게 read, write, exit, sigreturn 시스템 콜의 호출만을 허용하는지 알아보겠습니다. model_syscalls는 read, write, exit, sigreturn 시스템 콜의 번호를 저장하고 있는 변수이며, 애플리케이션의 호환 모드에 따라서 각 비트에 맞는 시스템 콜 번호를 저장합니다.

이후 애플리케이션에서 시스템 콜이 호출되면 __secure_computing 함수에 먼저 진입합니다.

해당 함수는 전달된 시스템 콜 번호가 model_syscalls 또는 model_syscalls_32에 미리 정의된 번호와 일치하는지 검사하고, 일치하지 않는다면 SIGKILL 시그널을 전달하고 SECCOMP_RET_KILL을 반환합니다.

static const int mode1_syscalls[] = {
    __NR_seccomp_read,
    __NR_seccomp_write,
    __NR_seccomp_exit,
    __NR_seccomp_sigreturn,
    -1, /* negative terminated */
};
#ifdef CONFIG_COMPAT
static int mode1_syscalls_32[] = {
    __NR_seccomp_read_32,
    __NR_seccomp_write_32,
    __NR_seccomp_exit_32,
    __NR_seccomp_sigreturn_32,
    0, /* null terminated */
};
#endif
static void __secure_computing_strict(int this_syscall) {
  const int *allowed_syscalls = mode1_syscalls;
#ifdef CONFIG_COMPAT
  if (in_compat_syscall()) allowed_syscalls = get_compat_mode1_syscalls();
#endif
  do {
    if (*allowed_syscalls == this_syscall) return;
  } while (*++allowed_syscalls != -1);
#ifdef SECCOMP_DEBUG
  dump_stack();
#endif
  seccomp_log(this_syscall, SIGKILL, SECCOMP_RET_KILL_THREAD, true);
  do_exit(SIGKILL);
}

FILTER_MODE

원하는 시스템 콜의 호출을 허용하거나 거부할 수 있습니다.

해당 모드는 애플리케이션 기능에 맞춰 유연하게 시스템 콜 실행을 허용 및 거부할 수 있는 장점이 있습니다.

Allow List

seccomp 라이브러리 함수를 사용해 지정한 시스템 콜의 호출만을 허용하는 예제 코드입니다.

코드의 sandbox 함수를 살펴보면, SCMP_ACT_KILL을 통해 모든 시스템 콜의 호출을 허용하지 않는 규칙을 생성합니다. 이렇게 생성된 규칙에 seccomp_rule_add 함수를 통해 세 번째 인자로 전달된 시스템 콜의 호출을 허용하는 코드를 명시하고, 해당 규칙을 적용합니다.

main 함수를 살펴보면, 앞서 만든 규칙을 적용하고나서 프로그램 실행 시에 전달되는 인자 갯수에 따라 fork 함수의 호출을 결정합니다. fork 함수가 호출되면 적용한 규칙에 따라 함수의 호출의 호출을 허용하지 않습니다.

인자를 전달하고 프로그램을 실행하면 “/bin/sh” 파일을 읽고 화면에 출력하지만, 인자를 전달하지 않을 경우 fork 함수가 호출되어 곧바로 프로그램이 종료될 것입니다.

#include <fcntl.h>
#include <seccomp.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

void sandbox() {
  scmp_filter_ctx ctx;
  ctx = seccomp_init(SCMP_ACT_KILL);
  if (ctx == NULL) {
    printf("seccomp error\n");
    exit(0);
  }
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(rt_sigreturn), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(exit), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(exit_group), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(read), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(write), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(open), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_ALLOW, SCMP_SYS(openat), 0);
  seccomp_load(ctx);
}

int banned() { fork(); }

int main(int argc, char *argv[]) {
  char buf[256];
  int fd;
  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  sandbox();
  if (argc < 2) {
    banned();
  }
  fd = open("/bin/sh", O_RDONLY);
  read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
  write(1, buf, sizeof(buf));
}

Deny List

seccomp 라이브러리 함수를 사용해 지정한 시스템 콜을 호출하지 못하도록 하는 예제 코드입니다.

코드의 sandbox 함수를 살펴보면, SCMP_ACT_ALLOW를 통해 모든 시스템 콜의 호출을 허용하는 규칙을 생성합니다.

이렇게 생성된 규칙에 seccomp_rule_add 함수를 통해 세 번째 인자로 전달된 시스템 콜의 호출을 거부하는 규칙을 생성합니다.

main 함수를 살펴보면, 앞서 만든 규칙을 적용하고나서 “/bin/sh” 파일을 읽고 화면에 출력하는 기능을 수행합니다.

그러나 파일을 열기 위해 필요한 함수인 open과 openat 시스템 콜의 호출을 거부하는 것을 확인할 수 있습니다.

만약 open 또는 openat 시스템 콜이 호출되면 곧바로 프로그램이 종료됩니다.

#include <fcntl.h>
#include <seccomp.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

void sandbox() {
  scmp_filter_ctx ctx;
  ctx = seccomp_init(SCMP_ACT_ALLOW);
  if (ctx == NULL) {
    exit(0);
  }
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_KILL, SCMP_SYS(open), 0);
  seccomp_rule_add(ctx, SCMP_ACT_KILL, SCMP_SYS(openat), 0);
  seccomp_load(ctx);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  char buf[256];
  int fd;
  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  sandbox();
  fd = open("/bin/sh", O_RDONLY);
  read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
  write(1, buf, sizeof(buf));
}

Berkeley Packet Filter (BPF)

Berkeley Packet Filter (BPF) 사용해서 SECCOMP를 적용할 수 있습니다.

BPF는 커널에서 지원하는 Virtual Machine (VM)으로, 본래에는 네트워크 패킷을 분석하고 필터링하는 목적으로 사용했습니다. 이는 임의 데이터를 비교하고, 결과에 따라 특정 구문으로 분기하는 명령어를 제공합니다.

라이브러리 함수를 통해 규칙을 정의한 것과 같이 특정 시스템 콜 호출 시에 어떻게 처리할지 명령어를 통해 구현할 수 있습니다.

BPF는 VM인만큼 다양한 명령어와 타입이 존재합니다.

BPF Macro

BPF 코드를 직접 입력하지 않고 편리하게 원하는 코드를 실행할 수 있게끔 매크로를 제공합니다.

BPF_STMT

operand에 해당하는 값을 명시한 opcode로 값을 가져옵니다. opcode는 인자로 전달된 값에서 몇 번째 인덱스에서 몇 바이트를 가져올 것인지를 지정할 수 있습니다.

BPF_STMT(opcode, operand)

BPF_JUMP

BPF_STMT 매크로를 통해 저장한 값과 operand를 opcode에 정의한 코드로 비교하고, 비교 결과에 따라 특정 오프셋으로 분기합니다.

BPF_JUMP(opcode, operand, true_offset, false_offset)

Allow List

#include <fcntl.h>
#include <linux/audit.h>
#include <linux/filter.h>
#include <linux/seccomp.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

#define ALLOW_SYSCALL(name)                               \
  BPF_JUMP(BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, __NR_##name, 0, 1), \
      BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW)
#define KILL_PROCESS BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_KILL)
#define syscall_nr (offsetof(struct seccomp_data, nr))
#define arch_nr (offsetof(struct seccomp_data, arch))

/* architecture x86_64 */
#define ARCH_NR AUDIT_ARCH_X86_64

int sandbox() {
  struct sock_filter filter[] = {
      /* Validate architecture. */
      BPF_STMT(BPF_LD + BPF_W + BPF_ABS, arch_nr),
      BPF_JUMP(BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, ARCH_NR, 1, 0),
      BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_KILL),
      /* Get system call number. */
      BPF_STMT(BPF_LD + BPF_W + BPF_ABS, syscall_nr),
      /* List allowed syscalls. */
      ALLOW_SYSCALL(rt_sigreturn),
      ALLOW_SYSCALL(open),
      ALLOW_SYSCALL(openat),
      ALLOW_SYSCALL(read),
      ALLOW_SYSCALL(write),
      ALLOW_SYSCALL(exit_group),
      KILL_PROCESS,
  };
  struct sock_fprog prog = {
      .len = (unsigned short)(sizeof(filter) / sizeof(filter[0])),
      .filter = filter,
  };
  if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0) == -1) {
    perror("prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS)\n");
    return -1;
  }
  if (prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog) == -1) {
    perror("Seccomp filter error\n");
    return -1;
  }
  return 0;
}

void banned() { fork(); }

int main(int argc, char* argv[]) {
  char buf[256];
  int fd;
  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  sandbox();
  if (argc < 2) {
    banned();
  }
  fd = open("/bin/sh", O_RDONLY);
  read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
  write(1, buf, sizeof(buf));
  return 0;
}

BPF를 통해 지정한 시스템 콜의 호출만을 허용하는 예제 코드입니다.

코드의 sandbox 함수를 살펴보면, filter 구조체에 BPF 코드가 작성되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

아키텍처 검사

현재 아키텍처가 X86_64라면 다음 코드로 분기하고, 다른 아키텍처라면 SECCOMP_RET_KILL을 반환하고 프로그램을 종료합니다.

#define arch_nr (offsetof(struct seccomp_data, arch))
#define ARCH_NR AUDIT_ARCH_X86_64

BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, arch_nr),
BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, ARCH_NR, 1, 0),
BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_KILL),

시스템 콜 검사

호출된 시스템 콜의 번호를 저장하고, ALLOW_SYSCALL 매크로를 호출합니다. 해당 매크로는 호출된 시스템 콜이 인자로 전달된 시스템 콜과 일치하는지 비교하고 같다면 SECCOMP_RET_ALLOW를 반환합니다. 만약 다른 시스템 콜이라면 KILL_PROCESS를 호출해 SECCOMP_RET_KILL을 반환하고 프로그램을 종료합니다.

#define ALLOW_SYSCALL(name) \
	BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, __NR_##name, 0, 1), \
	BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW)	
    
#define KILL_PROCESS \	
	BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_KILL)

BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, syscall_nr),
ALLOW_SYSCALL(rt_sigreturn),
ALLOW_SYSCALL(open),
ALLOW_SYSCALL(openat),
ALLOW_SYSCALL(read),
ALLOW_SYSCALL(write),
ALLOW_SYSCALL(exit_group),
KILL_PROCESS,

Deny List

#include <fcntl.h>
#include <linux/audit.h>
#include <linux/filter.h>
#include <linux/seccomp.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/prctl.h>
#include <unistd.h>

#define DENY_SYSCALL(name)                                \
  BPF_JUMP(BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, __NR_##name, 0, 1), \
      BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_KILL)
#define MAINTAIN_PROCESS BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW)
#define syscall_nr (offsetof(struct seccomp_data, nr))
#define arch_nr (offsetof(struct seccomp_data, arch))

/* architecture x86_64 */
#define ARCH_NR AUDIT_ARCH_X86_64

int sandbox() {
  struct sock_filter filter[] = {
      /* Validate architecture. */
      BPF_STMT(BPF_LD + BPF_W + BPF_ABS, arch_nr),
      BPF_JUMP(BPF_JMP + BPF_JEQ + BPF_K, ARCH_NR, 1, 0),
      BPF_STMT(BPF_RET + BPF_K, SECCOMP_RET_KILL),
      /* Get system call number. */
      BPF_STMT(BPF_LD + BPF_W + BPF_ABS, syscall_nr),
      /* List allowed syscalls. */
      DENY_SYSCALL(open),
      DENY_SYSCALL(openat),
      MAINTAIN_PROCESS,
  };
  struct sock_fprog prog = {
      .len = (unsigned short)(sizeof(filter) / sizeof(filter[0])),
      .filter = filter,
  };
  if (prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1, 0, 0, 0) == -1) {
    perror("prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS)\n");
    return -1;
  }
  if (prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, &prog) == -1) {
    perror("Seccomp filter error\n");
    return -1;
  }
  return 0;
}

int main(int argc, char* argv[]) {
  char buf[256];
  int fd;
  memset(buf, 0, sizeof(buf));
  sandbox();
  fd = open("/bin/sh", O_RDONLY);
  read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
  write(1, buf, sizeof(buf));
  return 0;
}

BPF를 통해 지정한 시스템 콜을 호출하지 못하도록 하는 예제 코드입니다. 코드의 sandbox 함수를 살펴보면, filter 구조체에 BPF 코드가 작성되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.

아키텍처 검사

현재 아키텍처가 X86_64라면 다음 코드로 분기하고, 다른 아키텍처라면 SECCOMP_RET_KILL을 반환하고 프로그램을 종료합니다.

#define arch_nr (offsetof(struct seccomp_data, arch))
#define ARCH_NR AUDIT_ARCH_X86_64
	
BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, arch_nr),
BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, ARCH_NR, 1, 0),
BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_KILL),

시스템 콜 검사

호출된 시스템 콜의 번호를 저장하고, DENY_SYSCALL 매크로를 호출합니다. 해당 매크로는 호출된 시스템 콜이 인자로 전달된 시스템 콜과 일치하는지 비교하고 같다면 SECCOMP_RET_KILL을 반환해 프로그램을 종료합니다.

#define DENY_SYSCALL(name) \
	BPF_JUMP(BPF_JMP+BPF_JEQ+BPF_K, __NR_##name, 0, 1), \
	BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_KILL)

#define MAINTAIN_PROCESS \
	BPF_STMT(BPF_RET+BPF_K, SECCOMP_RET_ALLOW)	

BPF_STMT(BPF_LD+BPF_W+BPF_ABS, syscall_nr),
DENY_SYSCALL(open),
DENY_SYSCALL(openat),
MAINTAIN_PROCESS,