Linux 和 Unix 安全編程:環境變量

2019-11-17 05:39:47

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　　環境變量
缺省情況下，環境變量從進程的父進程繼續而來。但是，在程序執行另一個程序時，調用程序可以把環境變量設置為任意值。這對setuid/setgid程序而言很危險，因為其入侵者可以完全控制它們得到的環境變量。由于環境變量一般是繼續來的，同樣可以傳遞使用；安全程序可能調用某些其它程序，在沒有非凡措施的情況下，這會把有潛在危險的環境變量值傳遞給調用的程序。

有些環境變量是危險的
有些環境變量是危險的，因為很多庫和程序被環境變量以某些隱含、模糊或未公開的方式所控制。例如，sh和bash shell使用IFS變量來決定哪個字符被用來分隔命令行參數。由于shell是被若干底層調用（如C中的system(3)和popen(3)，或Perl中的back-tick算符）執行的，把IFS設置為不平常的值就會攪亂那些看起來安全的調用。該行為在bash和sh里有說明，但不引人注目；許多長時間的用戶知道IFS，只不過是因為了解IFS可用來破壞安全性，而不是因為有意經常使用的緣故。更糟的是，不是所有的環境變量都有文檔說明，而且即使有，其它的程序也可以改變和增加危險的環境變量。所以唯一的真正解決方案（下文有描述）是只選擇所需要的環境變量，不理會其余的環境變量。

環境變量的存儲格式是危險的
一般來說，程序應該使用標準的訪問例程來訪問環境變量。例如，在C里應使用getenv(3)獲取環境變量的值，使用POSIX標準例程putenv(3)或BSD擴展setenv(3)來設置環境變量的值，使用unsetenv(3)來清除環境變量。需要說明的是，linux下也實現了setenv(3)。但黑客不會這么善良；黑客可以用execve(2)直接控制傳遞給程序的環境變量數據區。這就可能進行一些骯臟的攻擊，只有那些了解環境變量工作實質的人才能理解這些攻擊。在Linux下可以閱讀environ(5)來了解環境變量工作實質的概要。簡而言之，環境變量在內部作為一個指向字符的指針數組的指針來存儲；該數組按順序存儲并以NULL指針結尾（這樣就可以知道何時數組結束）。指向字符的指針每個都依次指向一個形式為“NAME=value”的以NIL結尾的字符串值。這包含若干意義，例如，環境變量名不能包含等號，而且name或value都不能含有NIL字符。但是，這種格式有一個很危險的含義，就是答應多個入口使用同一個變量名而值不同（如SHELL有多個值）。雖然典型的命令shell禁止這么做，本地操作的黑客可以使用execve(2)制造出這樣的情況來。

這種存儲格式（以及設置方式）的問題在于程序可能會檢查某個值（看看是否合法）而實際上使用的卻是另一個不同的值。在Linux下，GNU的glibc庫試圖保護程序免受此影響：在實現glibc 2.1的getenv時，總是獲取第一個匹配的入口，setenv和putenv總是設置第一個匹配的入口，而unsetenv實際上會清除所有匹配入口的設置（應該祝賀GNU的glibc實現者如此實現unsetenv?。?。但是，有些程序直接訪問環境變量，重復遍歷所有環境變量；在這種情況下，它們可能會使用最后一個匹配的入口，而不是第一個。其結果就是假如檢查的是第一個匹配的入口，但實際使用的是最后一個匹配的入口，黑客就可以以此來繞過保護例程。

解決方案 -- 提取和清除
對于安全的setuid/setgid程序，應該小心提取需要作為輸入（假如需要的話）的簡短的環境變量列表。然后應該清除整個環境，再重新設置一小組必需的環境變量作為安全的值。假如調用了下一級的程序，這實際上并不是什么更好的辦法；因為沒有可行的辦法來列出“所有的危險值”。即使對直接或間接調用的每一個程序的源碼都進行了仔細檢閱，還是有人可以在你編寫完代碼后加入新的未公開的環境變量，其中就可能有一個可利用的環境變量。

清除環境的簡單方式是把全局變量environ設置為NULL。全局變量environ在中定義，C/C++用戶需要#include該頭文件。在產生線程前需要處理該值，但這幾乎不成問題，因為在程序執行的開始階段就需要進行這些處理。另一個清除環境的方式是使用未公開的函數clearenv()。clearenv()有個希奇的歷史；有人建議在POSIX.1中定義它，但不知什么原因它沒有進入標準。盡管如此，POSIX.9（綁定POSIX的Fortran 77）中定義了clearenv()，所以它具有了半官方的地位。clearenv()定義在，但在使用#include包含它之前，必須確定__USE_MISC已經#defined。

一個幾乎可以確定會不斷添加的值是PATH，一個查找程序的目錄列表；PATH應該不包括當前目錄，一般應該像“/bin:/usr/bin”那樣簡單。一般還會設置IFS（其缺省值為“ /t/n”）和TZ（時區）。假如不提供IFS或TZ，Linux也不會死機，但沒有TZ值時有些基于System V的系統會出問題，而且據傳言某些shell需要IFS值被設置。在Linux下，參見environ(5)以了解可能需要設置的通用環境變量列表。

假如確實需要用戶提供的值，首先要檢查這些值（以保證這些值與合法值的模式相匹配，而且在某些合理的最大長度之內）。理想情況是在/etc下有些標準的可信賴文件，包含“標準的安全環境變量值”的信息，但是現在沒有為此目的定義的標準文件。與此相似，可能需要在那些具有PAM模塊的系統里檢查PAM模塊的pam_env。

假如采用不答應直接重新設置環境的語言編寫setuid/setgid程序，一個方法是建立一個“包裹”程序。包裹程序把環境程序設置為安全值，然后調用其它程序。注重：確定包裹程序會實際執行預期的程序；假如它是個解釋程序，要確定不會出現可能的競爭狀態，使得解釋器能夠載入另一個與授予了非凡的setuid/setgid權限的程序不同的程序。

全文:www.linux.org.tw

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