[kernel] 帶著問題看源碼 —— setreuid 何時更新 saved-set-uid (SUID)

来源:https://www.cnblogs.com/goodcitizen/p/18111594/when_setreuid_updates_suid
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setreuid(-1,foo) 為何有時更新 saved set-user-id 有時不更新？man setreuid 中關於 SUID 變更的說明是否正確？如此設計有何考慮？本文通過閱讀 linux 源碼為你揭秘 ...


前言

在寫《[apue] 進程式控制制那些事兒》/"進程創建"/"更改進程用戶 ID 和組 ID"一節時，發現 setreuid 更新實際用戶 ID (RUID) 或有效用戶 ID (EUID) 時，保存的設置用戶 ID (saved set-user-id SUID) 只會隨 EUID 變更，並不像 man 上說的會隨 RUID 變更 (man setreuid)：

       If the real user ID is set (i.e., ruid is not -1) or the effective user ID is set to a value not equal to  the
       previous real user ID, the saved set-user-ID will be set to the new effective user ID.

下麵是實測結果：

調用參數 (root 身份) RUID EUID SUID
setreuid (bar, foo) bar foo foo
setreuid (foo, bar) foo bar bar
setreuid (-1, foo) root foo foo
setreuid (bar, -1) bar root root
setreuid (bar, bar) bar bar bar
setreuid (foo, foo) foo foo foo

特別是第 5 行 setreuid(bar, -1)，RUID 變更為了 bar，SUID 仍保持 root 不變。

為瞭解答這個問題，找來系統對應版本的 linux 源碼查看：

> uname -a
Linux goodcitizen.bcc-gzhxy.baidu.com 3.10.0-1160.80.1.el7.x86_64 #1 SMP Tue Nov 8 15:48:59 UTC 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

這裡是 3.10。之前推薦過 CodeBrowser，新近又發現一個源碼閱讀神器 bootlin：

能選代碼庫版本，功能上也比 CodeBrowser 好用，比如關鍵字搜索，不僅準確，還能把定義、聲明、成員、引用區分清楚，很好的解決了 CodeBrowser 找不到代碼的痛點，牆裂推薦~

問題復現

在擼源碼之前，先複習一下這個問題的來龍去脈，為節省讀者時間，把之前的 demo 貼上來 (setuid)：

#include "../apue.h"
#include <sys/types.h>
#include <sys/file.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

void print_ids ()
{
    uid_t ruid = 0;
    uid_t euid = 0;
    uid_t suid = 0;
    int ret = getresuid (&ruid, &euid, &suid);
    if (ret == 0)
        printf ("%d: ruid %d, euid %d, suid %d\n", getpid(), ruid, euid, suid);
    else
        err_sys ("getresuid");
}

int main (int argc, char *argv[])
{
    if (argc == 2)
    {
        char* uid=argv[1];
        int ret = setuid(atol(uid));
        if (ret != 0)
            err_sys ("setuid");

        print_ids();
    }
    else if (argc == 3)
    {
        char* ruid=argv[1];
        char* euid=argv[2];
        int ret = setreuid(atol(ruid), atol(euid));
        if (ret != 0)
            err_sys ("setreuid");

        print_ids();
    }
    else if (argc > 1)
    {
        char* uid=argv[1];
        int ret = seteuid(atol(uid));
        if (ret != 0)
            err_sys ("seteuid");

        print_ids();
    }
    else
    {
        print_ids();
    }

    return 0;
}

做個簡單說明：

  • print_ids 列印當前進程 3 個許可權ID：RUID / EUID / SUID，其中用到的 getresuid 僅 Linux 支持，能展示用戶當前的 SUID 值
  • ./setuid 123：觸發 setuid 調用，並列印調用後的結果
  • ./setuid 123 456：觸發 setreuid 調用，並列印調用後的結果
  • ./setuid 123 456 789：觸發 seteuid 調用，並列印調用後的結果。註意僅第一個參數有用，後兩個占位

通過傳遞 setuid 程式不同參數，就可以驗證不同的介面了，這裡只需驗證 setreuid，固定傳遞兩個參數即可。把測試腳本也貼上來 (setreuid.sh)：

#!/bin/sh
groupadd test
echo "create group ok"

useradd -g test foo
useradd -g test bar
foo_uid=$(id -u foo)
bar_uid=$(id -u bar)
echo "create user ok"
echo "    foo: ${foo_uid}"
echo "    bar: ${bar_uid}"

cd /tmp
#chown bar:test ./setuid
echo "test foo"
./setuid

#chmod u+s ./setuid
#echo "test set-uid bar"
#su foo -c ./setuid

echo "test setreuid(bar, foo)"
./setuid ${bar_uid} ${foo_uid}

echo "test setreuid(foo, bar)"
./setuid ${foo_uid} ${bar_uid}

echo "test setreuid(-1, foo)"
./setuid -1 ${foo_uid}

echo "test setreuid(bar, -1)"
./setuid ${bar_uid} -1

echo "test setreuid(bar, bar)"
./setuid ${bar_uid} ${bar_uid}

echo "test setreuid(foo, foo)"
./setuid ${foo_uid} ${foo_uid}

userdel bar
userdel foo
echo "remove user ok"

rm -rf /home/bar
rm -rf /home/foo
echo "remove user home ok"

groupdel test
echo "delete group ok"

自動創建測試賬戶並調用 setuid，驗證了 6 種用例，需要使用超級用戶身份啟動：

> sudo sh setreuid.sh
create group ok
create user ok
    foo: 1003
    bar: 1004
test foo
27253: ruid 0, euid 0, suid 0
test setreuid(bar, foo)
27254: ruid 1004, euid 1003, suid 1003
test setreuid(foo, bar)
27255: ruid 1003, euid 1004, suid 1004
test setreuid(-1, foo)
27256: ruid 0, euid 1003, suid 1003
test setreuid(bar, -1)
27257: ruid 1004, euid 0, suid 0
test setreuid(bar, bar)
27258: ruid 1004, euid 1004, suid 1004
test setreuid(foo, foo)
27259: ruid 1003, euid 1003, suid 1003
remove user ok
remove user home ok

現象與表中列出的一致。

源碼分析

在 kernel 3.10.0 版本中搜索 setreuid，沒搜到，可能是 kernel 在系統函數上加了一堆巨集識別不了，搜索 setuid 可以，它倆在同一個文件：

/*
 * Unprivileged users may change the real uid to the effective uid
 * or vice versa.  (BSD-style)
 *
 * If you set the real uid at all, or set the effective uid to a value not
 * equal to the real uid, then the saved uid is set to the new effective uid.
 *
 * This makes it possible for a setuid program to completely drop its
 * privileges, which is often a useful assertion to make when you are doing
 * a security audit over a program.
 *
 * The general idea is that a program which uses just setreuid() will be
 * 100% compatible with BSD.  A program which uses just setuid() will be
 * 100% compatible with POSIX with saved IDs. 
 */
SYSCALL_DEFINE2(setreuid, uid_t, ruid, uid_t, euid)
{
	struct user_namespace *ns = current_user_ns();
	const struct cred *old;
	struct cred *new;
	int retval;
	kuid_t kruid, keuid;

	kruid = make_kuid(ns, ruid);
	keuid = make_kuid(ns, euid);

	if ((ruid != (uid_t) -1) && !uid_valid(kruid))
		return -EINVAL;
	if ((euid != (uid_t) -1) && !uid_valid(keuid))
		return -EINVAL;

	new = prepare_creds();
	if (!new)
		return -ENOMEM;
	old = current_cred();

	retval = -EPERM;
	if (ruid != (uid_t) -1) {
		new->uid = kruid;
		if (!uid_eq(old->uid, kruid) &&
		    !uid_eq(old->euid, kruid) &&
		    !nsown_capable(CAP_SETUID))
			goto error;
	}

	if (euid != (uid_t) -1) {
		new->euid = keuid;
		if (!uid_eq(old->uid, keuid) &&
		    !uid_eq(old->euid, keuid) &&
		    !uid_eq(old->suid, keuid) &&
		    !nsown_capable(CAP_SETUID))
			goto error;
	}

	if (!uid_eq(new->uid, old->uid)) {
		retval = set_user(new);
		if (retval < 0)
			goto error;
	}
	if (ruid != (uid_t) -1 ||
	    (euid != (uid_t) -1 && !uid_eq(keuid, old->uid)))
		new->suid = new->euid;
	new->fsuid = new->euid;

	retval = security_task_fix_setuid(new, old, LSM_SETID_RE);
	if (retval < 0)
		goto error;

	return commit_creds(new);

error:
	abort_creds(new);
	return retval;
}

代碼不長沒做刪減，主體就是下麵的框架：

    ...
	new = prepare_creds();
    ...
    old = current_cred();
    ...
	return commit_creds(new);

error:
	abort_creds(new);

prepare_creds 返回的 new 代表新用戶許可權，會從當前許可權複製一份；current_cred 返回的 old 代表原用戶許可權。經過對 new 的一番操作，如果成功就將它提交 (commit_creds)，原許可權被替換；否則回滾 (abort_creds)，原許可權不變。現在關註焦點轉移到 new 的變更邏輯： 

	retval = -EPERM;
	if (ruid != (uid_t) -1) {
		new->uid = kruid;
		if (!uid_eq(old->uid, kruid) &&
		    !uid_eq(old->euid, kruid) &&
		    !nsown_capable(CAP_SETUID))
			goto error;
	}

 先看 ruid 參數，如果參數有效就將它設置到 new 的 uid，但需要同時滿足以下條件：

  • ruid == old->uid
  • ruid == old->euid
  • 原用戶具有超級用戶許可權

否則出錯。做為對比，再來看 euid 參數：

	if (euid != (uid_t) -1) {
		new->euid = keuid;
		if (!uid_eq(old->uid, keuid) &&
		    !uid_eq(old->euid, keuid) &&
		    !uid_eq(old->suid, keuid) &&
		    !nsown_capable(CAP_SETUID))
			goto error;
	}

與 ruid 差不多：

  • euid == old->uid
  • euid == old->euid
  • euid == old->suid
  • 原用戶具有超級用戶許可權

多了一條規則，可以將 euid 設置為 old->suid。最後來看 SUID 的更新規則：

	if (ruid != (uid_t) -1 ||
	    (euid != (uid_t) -1 && !uid_eq(keuid, old->uid)))
		new->suid = new->euid;
	new->fsuid = new->euid;

第三行準確無誤的告訴我們，new ->suid 是固定被設置為 new->euid 的，時機是以下條件之一：

  • ruid 有效
  • euid 有效且 euid 與原 RUID 不同

看起來 ruid 參數只是影響 SUID 要不要從新 EUID 複製，即便 RUID 沒變更、只要 ruid 參數有效就能產生這種作用。再回顧一下 man 的說明：

       If the real user ID is set (i.e., ruid is not -1) or the effective user ID is set to a value not equal to  the
       previous real user ID, the saved set-user-ID will be set to the new effective user ID.

簡直就是代碼的"直譯"，包括對 ruid 參數有效的說明、對 euid 參數與原 RUID 不同的說明、對 SUID 從新 EUID 複製的說明，一毛一樣。之前把這裡理解成 SUID 從 RUID 複製了，粗心大意了！

問題驗證

瞭解 SUID 設置規則後，回頭來看上面的表，有進一步的理解：

調用參數 (root 身份) RUID EUID SUID SUID 複製
setreuid (bar, foo) bar * foo * foo 條件 I
setreuid (foo, bar) foo * bar * bar 條件 I
setreuid (-1, foo) root foo * foo 條件 II
setreuid (bar, -1) bar * root root 條件 I
setreuid (bar, bar) bar * bar * bar 條件 I
setreuid (foo, foo) foo * foo * foo 條件 I

表中第二列中的星號表示 ruid 參數有效；第三列的星號表示 euid 變更 (!= old.uid)；由於 2 個條件之間是短路或的關係，第一個條件滿足後就不再檢測第二個條件，所以需要最後一列表示 SUID 複製最終是哪個條件觸發的。看起來大部分是條件一 ruid 有效，這些用例對條件二的測試不足，需要構造一組新的用例進行驗證。

考查這樣一個場景，將 demo 設置為 set-user-id 為 root，以普通用戶 foo 啟動該進程後：RUID = foo、EUID = SUID = root，此時 RUID 與 EUID 不同，滿足了上述的條件二；保持 RUID 無效 (-1) 不滿足條件一，是不是就能走條件二了？下麵來做個測試 (setreuid-setroot.sh)：

#!/bin/sh
groupadd test
echo "create group ok"

useradd -g test foo
useradd -g test bar
foo_uid=$(id -u foo)
bar_uid=$(id -u bar)
root_uid=0
echo "create user ok"
echo "    foo: ${foo_uid}"
echo "    bar: ${bar_uid}"
echo "    root: ${root_uid}"

cd /tmp
chown root:test ./setuid
echo "test foo"
su foo -c ./setuid

chmod u+s ./setuid
echo "test set-uid root"
su foo -c ./setuid

echo "test setreuid(-1, foo)"
su foo -c "./setuid -1 ${foo_uid}"

echo "test setreuid(-1, bar)"
su foo -c "./setuid -1 ${bar_uid}"

echo "test setreuid(foo, foo)"
su foo -c "./setuid ${foo_uid} ${foo_uid}"

echo "test setreuid(root, foo)"
su foo -c "./setuid ${root_uid} ${foo_uid}"

userdel foo
userdel bar
echo "remove user ok"

rm -rf /home/foo
rm -rf /home/bar
echo "remove user home ok"

groupdel test
echo "delete group ok"

與之前的最大區別是，這裡使用 foo 用戶身份啟動測試程式 (su foo -c)，且它是 set-user-id 為 root 的。驗證以下 4 種 setreuid 用例：

> sudo sh setreuid-setroot.sh
create group ok
create user ok
    foo: 1003
    bar: 1004
    root: 0
test foo
29332: ruid 1003, euid 1003, suid 1003
test set-uid root
29345: ruid 1003, euid 0, suid 0
test setreuid(-1, foo)
29357: ruid 1003, euid 1003, suid 0
test setreuid(-1, bar)
29369: ruid 1003, euid 1004, suid 1004
test setreuid(foo, foo)
29382: ruid 1003, euid 1003, suid 1003
test setreuid(root, foo)
29396: ruid 0, euid 1003, suid 1003
remove user ok
remove user home ok
delete group ok

清晰起見列表如下：

調用參數 (foo 身份 set-user-id  root) RUID EUID SUID SUID 複製
啟動後 foo root root n/a
setreuid (-1, foo) foo foo root 未觸發
setreuid (-1, bar) foo bar * bar 條件 II
setreuid (foo, foo) foo * foo foo 條件 I
setreuid (root, foo) root * foo foo 條件 I

表中星號含義同前，下麵分別解釋：

  • 第 3 行：僅設置 euid 為 foo，此時 ruid == -1 條件 1 不觸發；euid == old.uid 條件 2 不觸發，所以 SUID 保持 root 不變
  • 第 4 行：僅設置 euid 為 bar，此時 ruid == -1 條件 1 不觸發；euid != old.uid 條件 2 觸發，所以 SUID 被覆製為新 EUID：bar
  • 第 5 行：同時設置 ruid 和 euid 為 foo，此時 ruid != -1 條件 1 觸發；euid == old.uid 條件 2 不觸發，所以 SUID 被覆製為新 EUID：foo
  • 第 6 行：設置 ruid 為 root，euid 為 foo，此時 ruid != -1 條件 1 觸發；euid == old.uid 條件 2 不觸發，最終 SUID 被覆製為新 EUID：foo

與源碼邏輯對應上了，正好也解釋了原文《[apue] 進程式控制制那些事兒》中在這種場景下 setreuid(-1, foo) 用例中 SUID 保持為 root 的疑惑。

看看上表中第 3 行在 setreuid(-1,foo) 後的情形：RUID = EUID = foo，SUID = root，如果此時調用 setreuid(foo, -1) 按理說 SUID 會被更新為 foo，一試究竟：

uid_t ruid = 0;
    uid_t euid = 0;
    uid_t suid = 0;
    int ret = getresuid (&ruid, &euid, &suid);
    if (ret == 0)
    {
        printf ("%d: ruid %d, euid %d, suid %d\n", getpid(), ruid, euid, suid);
#ifdef TEST_UPDATE_RUID
        if (ruid == euid && euid != suid)
        {
            printf ("all uid same except suid %d, try to update ruid\n", ruid);
            ret = setreuid (ruid, -1);
            if (ret != 0)
                err_sys ("setreuid");
            else
            {
                getresuid (&ruid, &euid, &suid);
                printf ("%d: ruid %d, euid %d, suid %d\n", getpid(), ruid, euid, suid);
            }
        }
#endif

    }
    else
        err_sys ("getresuid");

在 print_ids 中檢測到 RUID = EUID != SUID 時，將 RUID 重新設置一下，ruid 參數與原 RUID 一致。重新運行：

> sudo sh setreuid-setroot.sh
...
test set-uid root
29511: ruid 1003, euid 0, suid 0
test setreuid(-1, foo)
29523: ruid 1003, euid 1003, suid 0
all uid same except suid 1003, try to update ruid
29523: ruid 1003, euid 1003, suid 1003
...

SUID 果然隨之變更了！這個用例更能說明問題，因為調用 setreuid 前後 RUID 與 EUID 沒有發生改變，SUID 卻因為 ruid 參數有效而發生了變更，有點意思。下麵的表總結了上述過程：

調用參數 (foo 身份 set-user-id  root) RUID EUID SUID SUID 複製
啟動後 foo root root n/a
setreuid (-1, foo) foo foo root 未觸發
setreuid (foo, -1) foo * foo foo 條件 I

這個表與之前不同的是所有 setreuid 調用均在一個進程中。

意義探尋

知其然，還要知其所以然，上面的探索只是第一步，對於 SUID 複製 EUID 的目的，《[apue] 進程式控制制那些事兒》已有討論，這裡聚焦 SUID 何時複製 EUID，按照直覺設計成下麵的條件看起來更通順：

ruid != old.uid || euid != old.euid

為瞭解答這個疑問，就按照設想的條件重跑一下 setreuid 的所有用例：

調用參數 (root 身份) RUID EUID SUID
setreuid (bar, foo) bar foo foo
setreuid (foo, bar) foo bar bar
setreuid (-1, foo) root foo foo
setreuid (bar, -1) bar root root
setreuid (bar, bar) bar bar bar
setreuid (foo, foo) foo foo foo
調用參數 (foo 身份 set-user-id  root) RUID EUID SUID
啟動後 foo root root
setreuid (-1, foo) foo foo foo
setreuid (-1, bar) foo bar bar
setreuid (foo, foo) foo foo foo
setreuid (root, foo) root foo foo

發現只有一個用例的結果會發生變化 (表中高亮字體)：進程 set-user-id 為 root 且以普通用戶身份啟動 setreuid(-1, foo)，從 SUID 不變到現在 SUID 跟隨 EUID 改變，這導致整個進程變為普通進程失去重新轉變為特權進程的機會。再看這個調用形式特別眼熟，這不就是 seteuid 嘛！它在改變 EUID 時是不希望 SUID 變更的，所以這下全明白了：setreuid 這樣的設計是為了給 seteuid 切換特權身份留後門，從而有機會再切換回之前的身份。

結語

關於 seteuid，man 中有一段說明：

       Under  libc4,  libc5  and glibc 2.0 seteuid(euid) is equivalent to setreuid(-1, euid) and hence may change the
       saved set-user-ID.  Under glibc 2.1 and later it is equivalent to setresuid(-1, euid, -1) and hence  does  not
       change  the  saved  set-user-ID.  Analogous remarks hold for setegid(), with the difference that the change in
       implementation from setregid(-1, egid) to setresgid(-1, egid, -1) occurred in glibc 2.2 or 2.3 (dependeing  on
       the hardware architecture).

大意是說 seteuid 到底等價於setreuid(-1,euid) 還是setresuid(-1,euid,-1)要看 glibc 版本，前者在改變 SUID 的邏輯上遵循上面的討論；後者不遵循，或者說 SUID 不會隨 EUID 變更。之前曾經比對過 setuid / setreuid / seteuid，並且推薦使用 seteuid，如果 seteuid 只是 setreuid 的分身，則它們的區別沒想象那麼大，只是寫起來更方便一些。

後記

文章最後再推薦一波 bootlin：

代碼庫除了 kernel，還可以選擇 freebsd、glibc、qemu、dpdk、grub、llvm、busybox 等，點擊符號跳轉，使用瀏覽器後退做調用棧回退，非常方便。

參考

[1]. https://elixir.bootlin.com

本文來自博客園，作者：goodcitizen，轉載請註明原文鏈接：https://www.cnblogs.com/goodcitizen/p/18111594/when_setreuid_updates_suid


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