Benutzer-Namespace

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Grundlegende Informationen

Ein Benutzer-Namespace ist eine Funktion des Linux-Kernels, die die Isolation von Benutzer- und Gruppen-ID-Zuordnungen bereitstellt, sodass jeder Benutzer-Namespace sein eigenes Set von Benutzer- und Gruppen-IDs haben kann. Diese Isolation ermöglicht es Prozessen, die in verschiedenen Benutzer-Namespaces ausgeführt werden, unterschiedliche Berechtigungen und Eigentum zu haben, selbst wenn sie numerisch die gleichen Benutzer- und Gruppen-IDs teilen.

Benutzer-Namespaces sind besonders nützlich in der Containerisierung, wo jeder Container sein eigenes unabhängiges Set von Benutzer- und Gruppen-IDs haben sollte, um eine bessere Sicherheit und Isolation zwischen Containern und dem Host-System zu ermöglichen.

So funktioniert es:

  1. Wenn ein neuer Benutzer-Namespace erstellt wird, beginnt er mit einem leeren Set von Benutzer- und Gruppen-ID-Zuordnungen. Das bedeutet, dass jeder Prozess, der im neuen Benutzer-Namespace ausgeführt wird, anfänglich keine Berechtigungen außerhalb des Namespaces hat.
  2. ID-Zuordnungen können zwischen den Benutzer- und Gruppen-IDs im neuen Namespace und denen im übergeordneten (oder Host-) Namespace hergestellt werden. Dies ermöglicht es Prozessen im neuen Namespace, Berechtigungen und Eigentum zu haben, die den Benutzer- und Gruppen-IDs im übergeordneten Namespace entsprechen. Die ID-Zuordnungen können jedoch auf bestimmte Bereiche und Teilmengen von IDs beschränkt werden, was eine feinkörnige Kontrolle über die den Prozessen im neuen Namespace gewährten Berechtigungen ermöglicht.
  3. Innerhalb eines Benutzer-Namespace können Prozesse volle Root-Berechtigungen (UID 0) für Operationen innerhalb des Namespaces haben, während sie außerhalb des Namespaces weiterhin eingeschränkte Berechtigungen haben. Dies ermöglicht es, Container mit root-ähnlichen Fähigkeiten innerhalb ihres eigenen Namespaces auszuführen, ohne volle Root-Berechtigungen auf dem Host-System zu haben.
  4. Prozesse können zwischen Namespaces mit dem setns()-Systemaufruf wechseln oder neue Namespaces mit den Systemaufrufen unshare() oder clone() unter Verwendung des CLONE_NEWUSER-Flags erstellen. Wenn ein Prozess zu einem neuen Namespace wechselt oder einen erstellt, beginnt er, die Benutzer- und Gruppen-ID-Zuordnungen zu verwenden, die mit diesem Namespace verbunden sind.

Labor:

Verschiedene Namespaces erstellen

CLI

bash
sudo unshare -U [--mount-proc] /bin/bash

Durch das Einhängen einer neuen Instanz des /proc-Dateisystems, wenn Sie den Parameter --mount-proc verwenden, stellen Sie sicher, dass der neue Mount-Namespace eine genaue und isolierte Sicht auf die prozessspezifischen Informationen hat, die für diesen Namespace spezifisch sind.

Fehler: bash: fork: Kann Speicher nicht zuweisen

Wenn unshare ohne die Option -f ausgeführt wird, tritt ein Fehler auf, der auf die Art und Weise zurückzuführen ist, wie Linux neue PID (Prozess-ID) Namespaces behandelt. Die wichtigsten Details und die Lösung sind unten aufgeführt:

  1. Problemerklärung:
  • Der Linux-Kernel erlaubt es einem Prozess, neue Namespaces mit dem Systemaufruf unshare zu erstellen. Der Prozess, der die Erstellung eines neuen PID-Namespace initiiert (als "unshare"-Prozess bezeichnet), tritt jedoch nicht in den neuen Namespace ein; nur seine Kindprozesse tun dies.
  • Das Ausführen von %unshare -p /bin/bash% startet /bin/bash im selben Prozess wie unshare. Folglich befinden sich /bin/bash und seine Kindprozesse im ursprünglichen PID-Namespace.
  • Der erste Kindprozess von /bin/bash im neuen Namespace wird zu PID 1. Wenn dieser Prozess beendet wird, wird die Bereinigung des Namespaces ausgelöst, wenn keine anderen Prozesse vorhanden sind, da PID 1 die besondere Rolle hat, verwaiste Prozesse zu übernehmen. Der Linux-Kernel deaktiviert dann die PID-Zuweisung in diesem Namespace.
  1. Folge:
  • Das Verlassen von PID 1 in einem neuen Namespace führt zur Bereinigung des PIDNS_HASH_ADDING-Flags. Dies führt dazu, dass die Funktion alloc_pid fehlschlägt, um eine neue PID zuzuweisen, wenn ein neuer Prozess erstellt wird, was den Fehler "Kann Speicher nicht zuweisen" erzeugt.
  1. Lösung:
  • Das Problem kann gelöst werden, indem die Option -f mit unshare verwendet wird. Diese Option bewirkt, dass unshare einen neuen Prozess nach der Erstellung des neuen PID-Namespace forked.
  • Das Ausführen von %unshare -fp /bin/bash% stellt sicher, dass der unshare-Befehl selbst PID 1 im neuen Namespace wird. /bin/bash und seine Kindprozesse sind dann sicher in diesem neuen Namespace enthalten, wodurch der vorzeitige Austritt von PID 1 verhindert wird und eine normale PID-Zuweisung ermöglicht wird.

Durch die Sicherstellung, dass unshare mit dem -f-Flag ausgeführt wird, wird der neue PID-Namespace korrekt aufrechterhalten, sodass /bin/bash und seine Unterprozesse ohne den Speicherzuweisungsfehler arbeiten können.

Docker

bash
docker run -ti --name ubuntu1 -v /usr:/ubuntu1 ubuntu bash

Um den Benutzernamespace zu verwenden, muss der Docker-Daemon mit --userns-remap=default gestartet werden (In Ubuntu 14.04 kann dies durch Ändern von /etc/default/docker und anschließendes Ausführen von sudo service docker restart erfolgen)

Überprüfen, in welchem Namespace sich Ihr Prozess befindet

bash
ls -l /proc/self/ns/user
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr  4 20:57 /proc/self/ns/user -> 'user:[4026531837]'

Es ist möglich, die Benutzerzuordnung aus dem Docker-Container mit folgendem Befehl zu überprüfen:

bash
cat /proc/self/uid_map
0          0 4294967295  --> Root is root in host
0     231072      65536  --> Root is 231072 userid in host

Oder vom Host mit:

bash
cat /proc/<pid>/uid_map

Alle Benutzer-Namensräume finden

bash
sudo find /proc -maxdepth 3 -type l -name user -exec readlink {} \; 2>/dev/null | sort -u
# Find the processes with an specific namespace
sudo find /proc -maxdepth 3 -type l -name user -exec ls -l  {} \; 2>/dev/null | grep <ns-number>

Betreten Sie einen Benutzer-Namespace

bash
nsenter -U TARGET_PID --pid /bin/bash

Außerdem können Sie nur in einen anderen Prozess-Namespace eintreten, wenn Sie root sind. Und Sie können nicht in einen anderen Namespace eintreten ohne einen Deskriptor, der darauf verweist (wie /proc/self/ns/user).

Erstellen Sie einen neuen Benutzer-Namespace (mit Zuordnungen)

bash
unshare -U [--map-user=<uid>|<name>] [--map-group=<gid>|<name>] [--map-root-user] [--map-current-user]
bash
# Container
sudo unshare -U /bin/bash
nobody@ip-172-31-28-169:/home/ubuntu$ #Check how the user is nobody

# From the host
ps -ef | grep bash # The user inside the host is still root, not nobody
root       27756   27755  0 21:11 pts/10   00:00:00 /bin/bash

Wiederherstellung von Fähigkeiten

Im Fall von Benutzernamensräumen gilt: Wenn ein neuer Benutzernamensraum erstellt wird, erhält der Prozess, der in den Namensraum eintritt, ein vollständiges Set von Fähigkeiten innerhalb dieses Namensraums. Diese Fähigkeiten ermöglichen es dem Prozess, privilegierte Operationen wie Mounten von Dateisystemen, Erstellen von Geräten oder Ändern des Eigentums von Dateien durchzuführen, jedoch nur im Kontext seines Benutzernamensraums.

Zum Beispiel, wenn Sie die Fähigkeit CAP_SYS_ADMIN innerhalb eines Benutzernamensraums haben, können Sie Operationen durchführen, die typischerweise diese Fähigkeit erfordern, wie das Mounten von Dateisystemen, jedoch nur im Kontext Ihres Benutzernamensraums. Alle Operationen, die Sie mit dieser Fähigkeit durchführen, haben keine Auswirkungen auf das Hostsystem oder andere Namensräume.

warning

Daher, selbst wenn das Erhalten eines neuen Prozesses in einem neuen Benutzernamensraum Ihnen alle Fähigkeiten zurückgibt (CapEff: 000001ffffffffff), können Sie tatsächlich nur die verwenden, die mit dem Namensraum verbunden sind (zum Beispiel Mount), aber nicht jede. Daher ist dies für sich genommen nicht ausreichend, um aus einem Docker-Container zu entkommen.

bash
# There are the syscalls that are filtered after changing User namespace with:
unshare -UmCpf  bash

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