Linux沙箱技术简介

在计算机安全领域，沙箱(Sandbox)是一种程序的隔离运行机制，其目的是限制不可信进程或不可信代码运行时的访问权限。沙箱技术经常被用于执行未经测试的或不可信的客户程序。为了阻止不可信程序可能破坏系统程序或破坏其它用户程序的运行，沙箱技术通过为不可信客户程序提供虚拟化的内存、文件系统、网络等资源，而这种虚拟化手段对客户程序来说是透明的。由于沙箱里的资源被虚拟化（或被间接化），所以沙箱里的不可信程序的恶意行为可以被限制在沙箱中，或者在沙箱里只允许执行在白名单里规定的有限的API操作。

沙箱技术一直是系统安全领域的挑战，不存在说哪一种方案是足够安全的。沙箱技术方案通常是需要结合多种系统安全技术来实现，采用防御纵深(Defence in Depth)的设计原则，筑建多道防御屏障，尽可能地将安全风险将为最低。比如，Google App Engine系统就是一个较好的实现，用户编写的java code会在Java沙箱中运行。但除了Java Sandbox之外，底层还有Linux沙箱。也就是说，即使用户（也许是一个比较资深的黑客）已经掌握了Java沙箱的0-day漏洞，攻破了Java沙箱，但也不会给系统造成影响，因为底层还有Linux沙箱。除非该用户同时还掌握了Linux的0-day漏洞，能以很快的速度突破Linux沙箱，使自己从一个普通uid提权到root，否则我们不能说攻击成功。

Hypervisor技术天然地就可以用于构建虚拟机沙箱，比如基于Xen或KVM的虚拟机沙箱已经开始在某些云计算平台中使用起来。但考虑到虚拟机沙箱的性能开销，它并不能满足对性能敏感的应用场景。因此，这里我们主要讨论如何利用Linux kernel自身所提供的安全功能来构建有效的轻量级沙箱技术。（关于重量级的虚拟机沙箱，我以后再另作介绍）

在讨论之前，我们简单罗列一下Linux安全模型相关的内容（假设读者对此已经非常熟悉了）：
(1) 每个进程都有自己的地址空间；
(2) MMU硬件机制来保证地址空间的隔离；
(3) Kernel是系统的TCB(Trusted Computing Base)，是安全策略的制定者和执行者；
(4) 进程是最小的权限边界；
(5) root具有最高权限，它能控制一切；
(6) 其它用户受DAC(Discretionary Access Control)限制，如文件系统的UGO权限控制。

Linux Kernel还提供了与“进程降权(drop privilege)与访问限制”有关的一些功能：
(1) setuid
(2) posix.1e capability
(3) chroot jail
(4) quota control (eg, cgroup, namespace)
(5) Linux Container
(6) Linux Security Module (LSM)

接下来我将介绍在实践中如何利用这些安全构件来打造一个有效的Linux sandbox.

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