Linux 和 Unix 安全编程:环境变量

2019-11-17 05:39:47

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供稿：网友

　　环境变量
缺省情况下，环境变量从进程的父进程继续而来。但是，在程序执行另一个程序时，调用程序可以把环境变量设置为任意值。这对setuid/setgid程序而言很危险，因为其入侵者可以完全控制它们得到的环境变量。由于环境变量一般是继续来的，同样可以传递使用；安全程序可能调用某些其它程序，在没有非凡措施的情况下，这会把有潜在危险的环境变量值传递给调用的程序。

有些环境变量是危险的
有些环境变量是危险的，因为很多库和程序被环境变量以某些隐含、模糊或未公开的方式所控制。例如，sh和bash shell使用IFS变量来决定哪个字符被用来分隔命令行参数。由于shell是被若干底层调用（如C中的system(3)和popen(3)，或Perl中的back-tick算符）执行的，把IFS设置为不平常的值就会搅乱那些看起来安全的调用。该行为在bash和sh里有说明，但不引人注目；许多长时间的用户知道IFS，只不过是因为了解IFS可用来破坏安全性，而不是因为有意经常使用的缘故。更糟的是，不是所有的环境变量都有文档说明，而且即使有，其它的程序也可以改变和增加危险的环境变量。所以唯一的真正解决方案（下文有描述）是只选择所需要的环境变量，不理会其余的环境变量。

环境变量的存储格式是危险的
一般来说，程序应该使用标准的访问例程来访问环境变量。例如，在C里应使用getenv(3)获取环境变量的值，使用POSIX标准例程putenv(3)或BSD扩展setenv(3)来设置环境变量的值，使用unsetenv(3)来清除环境变量。需要说明的是，linux下也实现了setenv(3)。但黑客不会这么善良；黑客可以用execve(2)直接控制传递给程序的环境变量数据区。这就可能进行一些肮脏的攻击，只有那些了解环境变量工作实质的人才能理解这些攻击。在Linux下可以阅读environ(5)来了解环境变量工作实质的概要。简而言之，环境变量在内部作为一个指向字符的指针数组的指针来存储；该数组按顺序存储并以NULL指针结尾（这样就可以知道何时数组结束）。指向字符的指针每个都依次指向一个形式为“NAME=value”的以NIL结尾的字符串值。这包含若干意义，例如，环境变量名不能包含等号，而且name或value都不能含有NIL字符。但是，这种格式有一个很危险的含义，就是答应多个入口使用同一个变量名而值不同（如SHELL有多个值）。虽然典型的命令shell禁止这么做，本地操作的黑客可以使用execve(2)制造出这样的情况来。

这种存储格式（以及设置方式）的问题在于程序可能会检查某个值（看看是否合法）而实际上使用的却是另一个不同的值。在Linux下，GNU的glibc库试图保护程序免受此影响：在实现glibc 2.1的getenv时，总是获取第一个匹配的入口，setenv和putenv总是设置第一个匹配的入口，而unsetenv实际上会清除所有匹配入口的设置（应该祝贺GNU的glibc实现者如此实现unsetenv！）。但是，有些程序直接访问环境变量，重复遍历所有环境变量；在这种情况下，它们可能会使用最后一个匹配的入口，而不是第一个。其结果就是假如检查的是第一个匹配的入口，但实际使用的是最后一个匹配的入口，黑客就可以以此来绕过保护例程。

解决方案 -- 提取和清除
对于安全的setuid/setgid程序，应该小心提取需要作为输入（假如需要的话）的简短的环境变量列表。然后应该清除整个环境，再重新设置一小组必需的环境变量作为安全的值。假如调用了下一级的程序，这实际上并不是什么更好的办法；因为没有可行的办法来列出“所有的危险值”。即使对直接或间接调用的每一个程序的源码都进行了仔细检阅，还是有人可以在你编写完代码后加入新的未公开的环境变量，其中就可能有一个可利用的环境变量。

清除环境的简单方式是把全局变量environ设置为NULL。全局变量environ在中定义，C/C++用户需要#include该头文件。在产生线程前需要处理该值，但这几乎不成问题，因为在程序执行的开始阶段就需要进行这些处理。另一个清除环境的方式是使用未公开的函数clearenv()。clearenv()有个希奇的历史；有人建议在POSIX.1中定义它，但不知什么原因它没有进入标准。尽管如此，POSIX.9（绑定POSIX的Fortran 77）中定义了clearenv()，所以它具有了半官方的地位。clearenv()定义在，但在使用#include包含它之前，必须确定__USE_MISC已经#defined。

一个几乎可以确定会不断添加的值是PATH，一个查找程序的目录列表；PATH应该不包括当前目录，一般应该像“/bin:/usr/bin”那样简单。一般还会设置IFS（其缺省值为“ /t/n”）和TZ（时区）。假如不提供IFS或TZ，Linux也不会死机，但没有TZ值时有些基于System V的系统会出问题，而且据传言某些shell需要IFS值被设置。在Linux下，参见environ(5)以了解可能需要设置的通用环境变量列表。

假如确实需要用户提供的值，首先要检查这些值（以保证这些值与合法值的模式相匹配，而且在某些合理的最大长度之内）。理想情况是在/etc下有些标准的可信赖文件，包含“标准的安全环境变量值”的信息，但是现在没有为此目的定义的标准文件。与此相似，可能需要在那些具有PAM模块的系统里检查PAM模块的pam_env。

假如采用不答应直接重新设置环境的语言编写setuid/setgid程序，一个方法是建立一个“包裹”程序。包裹程序把环境程序设置为安全值，然后调用其它程序。注重：确定包裹程序会实际执行预期的程序；假如它是个解释程序，要确定不会出现可能的竞争状态，使得解释器能够载入另一个与授予了非凡的setuid/setgid权限的程序不同的程序。

全文:www.linux.org.tw

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