从这一讲开始,我们讨论 Linux 系统和应用安全。我们知道,在开发一个应用的过程中,需要涉及代码、操作系统、网络和数据库等多个方面。所以,只是了解代码安全肯定是不够的,我们还需要了解常见的基础环境和工具中的安全机制,学会通过正确地配置这些安全机制,来提升安全保障。
谈到 Linux,我相信你每天都在使用 Linux 进行各种开发和运维操作。但是,大多数情况下,公司不会给每一个员工分配专有的 Linux 服务器,而是多个开发和运维共用一台 Linux 服务器。那么,其他员工在使用 Linux 服务器的时候,会不会对我们自己的数据和进程产生影响呢?另外,我在 Web 安全中讲过,黑客可以通过很多漏洞控制 Linux 服务器,那我们又该如何避免和控制黑客的破坏呢?
▌如何理解 Linux 中的安全模型?
要解决这些安全问题,我们首先要了解一个安全模型,Linux 的安全模型。
我们先来看一下 Linux 的构成,Linux 可以分为内核层和用户层。用户层通过内核层提供的操作接口来执行各类任务。
内核层提供的权限划分、进程隔离和内存保护的安全功能,是用户层的安全基础。一旦内核安全被突破(比如黑客能够修改内核逻辑),黑客就可以任意地变更权限、操作进程和获取内存了。这个时候,任何用户层的安全措施都是没有意义的。
既然 Linux 的内核安全这么重要,那我们是不是要在防护上付出大量的精力呢?事实上,正如我们不需要在开发应用时(尤其是使用 Java 这类相对高层的语言时),过多地关心操作系统相关的内容一样,我们在考虑 Linux 安全时,也不需要过多地考虑内核的安全,更多的是要考虑用户层的安全。所以,对于 Linux 内核层的安全,我们只需要按照插件漏洞的防护方法,确保使用官方的镜像并保持更新就足够了。
既然,使用最多的是用户层,那我们就来看一下,用户层的操作都有什么。
在 Linux 中,用户层的所有操作,都可以抽象为“主体 -> 请求 -> 客体”这么一个流程。比如,“打开 /etc/passwd”这一操作的主体是实际的用户,请求是读,客体是 /etc/passwd 这个文件。
在这个过程中,Linux 内核安全提供了基于权限的访问控制,确保数据不被其他操作获取。Linux 用户层则需要确保权限的正确配置,这就是我开篇提到的,如何保证多人安全地共用服务器的关键,也是我们这节课需要关注的重点内容。
▌黄金法则是如何在 Linux 系统中应用的?
现在我们知道了,Linux 系统安全防护的核心是正确配置用户层权限。那接下来,我们就从黄金法则的认证、授权和审计这三个方面来看一下,Linux 系统是如何进行权限配置的,这其中,又有哪些值得我们重点关注的安全选项。
▌1.Linux 中的认证机制
Linux 系统是一个支持多用户的操作系统,它通过普通的文本文件来保存和管理用户信息。这其中,有两个比较关键的文件:/etc/passwd和/etc/shadow。
我们知道,在 Linux 中,/etc/passwd是全局可读的,不具备保密性。因此,/etc/passwd不会直接存储密码,而是用 x 来进行占位。那实际的用户密码信息,就会存储到仅 ROOT 可读的/etc/shadow中。
在/etc/shadow中,除了加密后的密码,也保存了诸如密码有效天数、失效多少天告警之类的密码管理策略。我们可以通过 Chage 命令来对密码管理策略进行修改,比如,通过下面的 Chage 命令,就可以强制 Test 用户在 60 天内必须对密码进行修改。通过这样的方式,就可以降低密码泄露的可能性了。
chage -M 60 test
因为认证这个功能是由 Linux 内核来提供的,所以在用户层,我们需要关心的安全问题,就是弱密码导致的身份信息泄露。为了解决这个问题,在/etc/shadow中,我们可以制定适当的密码策略。除此之外,我们也可以通过John the Ripper,使用已知的弱密码库,来对 Linux 中的弱密码进行检测。下面的命令,就是使用 John the Ripper 检测弱密码。
unshadow /etc/passwd /etc/shadow > mypasswd
john mypasswd
john --show mypassw
▌2.Linux 中的授权机制
在“黄金法则”中,认证只是第一步,它提供了一个可信的身份标识。有了这个身份标识之后,就需要通过授权来限制用户能够发起的请求了。
在 Linux 中,客体只有文件和目录两种,针对这两种类型的客体,Linux 都定义了读、写和执行这三种权限。你可以通过我总结的这张对比表格看到,文件和目录在这三种权限上的区别。
除此之外,Linux 还提供了一些额外的权限标签,来进行更细粒度的权限控制。
比如,Linux 提供了文件属性的概念,来对文件设置更多的保护。通过chattr +i /etc/passwd可以防止文件被任何用户修改。想要了解更多的文件属性,你可以参考Wikipedia。
Linux 还提供了“粘滞位”的功能,主要用来防止用户随意操作其他用户的文件。比如chmod +t /tmp可以阻止删除 /tmp 目录下其他用户的文件。
这些都是 Linux 在授权中的自我保护机制,那我们能在这个过程中进行怎样的防护呢?
前面,我们一直在强调,Linux 系统面临的安全威胁其实就是权限问题。也就是说,要么就是敏感文件的权限配置不当,导致这些文件可以被额外的用户访问或执行;要么就是应用存在漏洞或密码泄露,导致低权限用户可以获得更高的权限。
要解决权限问题,我们就要实践最小权限原则。
我们先来看一个 Linux 系统安全中最普遍的问题:滥用 ROOT。很多人在登录 Linux 系统后,第一个命令就是通过 su 来获取 ROOT 的 Shell 环境,这样我们就不需要在每次操作的时候,通过 sudo 来临时提升至 ROOT 权限。
但是,这里你需要注意一点,在 ROOT 的 Shell 环境中启动的所有进程也都具备 ROOT 权限。如果启动的是一个立即返回的进程,如 CAT,不会有太多问题,但如果是一个长期运行的进程,就很容易产生权限的滥用。
比如,当你以 ROOT 的身份启动 Redis 或者 MySQL 等存储工具时,如果这时有其他用户连入 Redis 或者 MySQL,那他们也能间接地获取 ROOT 的权限。在大部分服务器入侵的场景中,黑客都是通过这些具备 ROOT 权限的进程漏洞,来实现权限提升的。
因此,在运行任何长驻进程时,我们都需要谨记“最小权限”原则。也就是说,我们可以根据要执行的操作等级,配置“最小权限”来启动常驻进程。比如,如果只是在 Redis 和 MySQL 这样的数据库中进行文件读写操作,根本不需要 ROOT 这种最高等级的权限。
因此,“最小权限”原则在 Linux 系统中的应用是非常重要的。那你可能会问了,Linux 系统中的操作那么多,每个操作都需要自己进行权限配置吗?当然不是,我们常常会使用一些已知的工具,来实现“最小权限”启动长驻进程的功能,而你需要做的,就是正确地启动或者配置这些工具。
比如说,我们可以通过 mysqld 启动 MySQL 服务,mysqld 会将 MySQL 的进程分配到“mysql”这个用户,并在 ROOT 下建立守护进程。具体的效果如下:
root 2973530.00.01154321360 ? S Aug12 0:00 /bin/sh /usr/local/mysql/bin/mysqld_safe --datadir=/var/lib/mysql --pid-file=/var/lib/mysql/mysql.pid
mysql 29755331.34.3112827565729572 ? Sl Aug12 22593:40 /usr/local/mysql/bin/mysqld --basedir=/usr/local/mysql --datadir=/var/lib/mysql --plugin-dir=/usr/local/mysql/lib/plugin --user=mysql --log-error=/var/log/mariadb/mariadb.log --pid-file=/var/lib/mysql/mysql.pid --socket=/var/lib/mysql/mysql.sock
类似地,当启动 Nginx 时,Nginx 会将 Worker 节点以 nobody 的用户身份来执行。具体的效果如下:
root 7083 0.0 0.0 61032 5324 ? Ss Aug12 0:01 nginx: master process nginx
nobody 331122 0.0 0.0 90768 31776 ? S 11:44 0:00 nginx: worker process
nobody 331123 0.0 0.0 90768 32720 ? S 11:44 0:00 nginx: worker process
nobody 331124 0.0 0.0 90768 31776 ? S 11:44 0:00 nginx: worker process
当然,也有一些工具不提供这类最小权限切换的功能,比如,在直接执行redis-server启动 Redis 的时候,就需要我们自己来对用户身份进行切换。那用户身份切换怎么做呢?
我们首先来看 Nginx 的例子,在启动 Nginx 的时候,Linux 提供了 nobody 这么一个用户的身份。实际上,任何人进入 Linux 系统首先获得的用户身份就是 nobody,然后再从 nobody 进行登录,切换到其他正常用户身份上。
因此,nobody 通常拥有整个操作系统中最小的权限。所以,对于不提供最小权限切换功能的工具,我们就可以使用 nobody 的用户身份,来进行主动切换了。
在执行redis-server启动 Redis 的时候,我们就可以通过以下命令,以 nobody 的身份执行redis-server了(前提是,我们需要对日志和 PID 等目录进行适当配置,确保能够以 nobody 身份写入):
su -s /bin/redis-server nobody
这样一来,我们就能通过“最小权限”原则,提升 Linux 系统授权的安全性了。
▌3.Linux 中的审计机制
我们在前面的课程中说过,“黄金法则”中的审计主要就是日志记录和分析。那么,Linux 系统中的日志都有哪些呢?在 Linux 系统中,系统的日志信息通常存储在 /var/log 目录下,部分应用程序也会把相关日志记录到这个目录中。系统日志主要分为 3 类,用户登录日志、特殊事件日志和进程日志。
用户登录日志主要是/var/log/wtmp和/var/run/utmp,用来保存用户登录相关的信息。用户登录日志本身为二进制文件,我们无法直接通过文本方式查看,但是可以配合who/users/ac/last/lastlog这样的命令来获取。
特殊事件日志主要包括/var/log/secure和/var/log/message。其中,/var/log/secure主要记录认证和授权相关的记录,如果有人试图爆破 SSH,我们就可以从这个日志中观察出来。/var/log/message由 syslogd 来维护,syslogd 这个守护进程提供了一个记录特殊事件和消息的标准机制,其他应用可以通过这个守护进程来报告特殊的事件。
进程日志:当通过 accton 来进行系统进程管理时,会生成记录用户执行命令的 pacct 文件。
默认情况下,Linux 会通过 logrotate 对日志执行相应的保留策略(比如日志切割和旧日志删除等)。通过配置/etc/logrotate.conf可以对不同日志的保留策略进行修改。
那如何对日志进行监控呢?这里,我向你推荐 2 种常见的日志分析工具 ELK 和 Zabbix,你可以利用这些工具来监控 Linux 的安全日志。也就是说,我们可以通过在这些分析平台配置恰当的规则(如 SSH 登录尝试失败 3 次以上),来及时发现黑客的部分入侵尝试,迅速产生报警。然后,我们就可以针对具体的问题,进行人工复查了。
▌总结
好了,今天的内容讲完了。我们来一起总结回顾一下,你需要掌握的重点内容。
Linux 系统安全可以说是“最小权限”原则的最佳实践平台,尤其是当存在多用户共同维护和使用一台服务器的时候,正确的配置权限将是一件很有挑战的工作。为此,我们必须严格限制 ROOT 权限的使用。同时,为了避免进程漏洞,适当地通过 iptables 进行访问限制,也能够起到不错的保护效果。
在 Linux 系统的自我保护基础之上,也有一些安全工具能够为系统提供额外的保护功能(如杀毒软件、HIDS 等),在后续的内容中,我们会深入讲解这些工具。
最后,我把这一讲的重点内容梳理了一个脑图。你可以用它来查漏补缺,也可以自己来梳理看看,加深印象。
▌思考题
最后给你留一个思考题。
检查一下你的 Linux 服务器,看一下哪些用户具备 ROOT 权限?那些进程具备 ROOT 权限?这些用户和进程,真的需要 ROOT 权限吗?我们是否可以利用今天学到的知识,对这些 ROOT 权限进行限制呢?
欢迎留言和我分享你的思考和疑惑,也欢迎你把文章分享给你的朋友。我们下一讲再见!
▌下一讲
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