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分类： Android平台
2016-04-12 19:29:58
SEAndroid是Google在Android 4.4上正式推出的一套以SELinux为基础于核心的系统安全机制。而SELinux则是由美国NSA（国安局）和一些公司（RedHat、Tresys）设计的一个针对Linux的安全加强系统。
NSA最初设计的安全模型叫FLASK，全称为Flux Advanced Security Kernel（由Uta大学和美国国防部开发，后来由NSA将其开源），当时这套模型针对DTOS系统。后来，NSA觉得Linux更具发展和普及前景，所以就在Linux系统上重新实现了FLASK，称之为SELinux。
Linux Kernel中，SELinux通过Linux Security Modules实现。在2.6之前，SElinux通过Patch方式发布。从2.6开始，SELinux正式入驻内核，成为标配。
思考：
1 同样是政府部门，差别咋这么大？
2 同样涉及操作系统和安全相关，NSA为何敢用Linux，为什么想方设法要开源？
由于Linux有多种发行版本，所以各家的SELinux表现形式也略有区别。具体到Android平台，Google对其进行了一定得修改，从而得到SEAndroid。
本文将先对SELinux相关知识进行介绍，然后看看Android是如何实现SELinux的（咱们只看用户空间）。
要求：最好能下到Android 4.4源码，可http://blog.csdn.net/innost/article/details/14002899
目标：学完本文，读者应该可以轻松修改相关安全策略文件，以进一步在安全方面定制自己的Android系统。
SELinux出现之前，Linux上的安全模型叫DAC，全称是Discretionary Access Control，翻译为自主访问控制。DAC的核心思想很简单，就是：
显然，DAC太过宽松了，所以各路高手想方设法都要在Android系统上搞到root权限。那么SELinux如何解决这个问题呢？原来，它在DAC之外，设计了一个新的安全模型，叫MAC（Mandatory Access Control），翻译为强制访问控制。MAC的处世哲学非常简单：即任何进程想在SELinux系统中干任何事情，都必须先在安全策略配置文件中赋予权限。凡是没有出现在安全策略配置文件中的权限，进程就没有该权限。来看一个SEAndroid中设置权限的例子：
[例子1]
/*
from external/sepolicy/netd.te
下面这条SELinux语句表示 允许（allow ）netd域（domain）中的进程 ”写（write）“
类型为proc的文件
注意，SELinux中安全策略文件有自己的一套语法格式，下文我们将详细介绍它
*/
allow netd proc:file write
如果没有在netd.te中使用上例中的权限配置allow语句，则netd就无法往/proc目录下得任何文件中写数据，即使netd具有root权限。
显然，MAC比DAC在权限管理这一块要复杂，要严格，要细致得多。
那么，关于DAC和MAC，此处笔者总结了几个知识点：
通过上述内容，读者应该能感觉到，在SELinux中，安全策略文件是最重要的。确实如此。事实上，对本文的读者而言，学习SELinux的终极目标应该是：
前面也曾提到，SELinux有自己的一套规则来编写安全策略文件，这套规则被称之为SELinux Policy语言。它是掌握SELinux的重点。
Linux中有两种东西，一种死的（Inactive），一种活的（Active）。死的东西就是文件（Linux哲学，万物皆文件。注意，万不可狭义解释为File），而活的东西就是进程。此处的“死”和“活”是一种比喻，映射到软件层面的意思是：进程能发起动作，例如它能打开文件并操作它。而文件只能被进程操作。
SELinux中，每种东西都会被赋予一个安全属性，官方说法叫Security Context。Security Context（以后用SContext表示）是一个字符串，主要由三部分组成。例如SEAndroid中，进程的SContext可通过ps -Z命令查看，如图1所示：
图1 Nexus 7 ps -Z结果图
图1中最左边的那一列是进程的SContext，以第一个进程/system/bin/logwrapper的SContext为例，其值为u:r:init:s0，其中：
再来看文件的SContext，读者可通过ls -Z来查看，如图2所示：
图2 Nexus 7 ls -Z结果图
图2中，倒数第二列所示为Nexus 7根目录下几个文件和目录的SContext信息，以第一行root目录为例，其信息为u:object_r:rootfs:s0：
根据SELinux规范，完整的SContext字符串为：
user:role:type[:range]
注意，方括号中的内容表示可选项。s0属于range中的一部分。下文再详细介绍range所代表的Security Level相关的知识。
看，SContext的核心其实是前三个部分：user:role:type。
刚才说了，MAC基本管理单位是TEAC（Type Enforcement Accesc Control），然后是高一级别的Role Based Accesc Control。RBAC是基于TE的，而TE也是SELinux中最主要的部分。
下面来看看TE。
在例子1中，大家已经见过TE的allow语句了，再来细致研究下它：
[例子2]
allow netd proc:file write
这条语句的语法为：
根据SELinux规范，完整的allow相关的语句格式为：
rule_name source_type target_type : class perm_set
我们直接来看几个实例：
[例子3]
//SEAndroid中的安全策略文件policy.conf
#允许zygote域中的进程向init type的进程（Object Class为process）发送sigchld信号
allow zygote init:process sigchld;
#允许zygote域中的进程search或getattr类型为appdomain的目录。注意，多个perm_set
#可用{}括起来
allow zygote appdomain:dir { getattr search };
#来个复杂点的：
#source_type为unconfineddomain target_type为一组type，由
#{ fs_type dev_type file_type }构成。object_class也包含两个，为{ chr_file file }
#perm_set语法比较奇特，前面有一个~号。它表示除了{entrypoint relabelto}之外，{chr_file #file}这两个object_class所拥有的其他操作
allow unconfineddomain {fs_type dev_type file_type}:{ chr_file file } \
~{entrypoint relabelto};
#特殊符号除了~外，还有-号和*号，其中：
# 1）：-号表示去除某项内容。
# 2）：*号表示所有内容。
#下面这条语句中，source_type为属于appdomain，但不属于unconfinedomain的进程。
#而 *表示所有和capability2相关的权限
#neverallow：表示绝不允许。
neverallow { appdomain -unconfineddomain } self:capability2 *;
特别注意，前面曾提到说权限必须显示声明，没有声明的话默认就没有权限。那neverallow语句就没必要存在了。因为”无权限“是不需要声明的。确实如此，neverallow语句的作用只是在生成安全策略文件时进行检查，判断是否有违反neverallow语句的allow语句。例如，笔者修改shell.te中一个语句后，生成安全策略文件时就检测到了冲突，如图3所示：
图3 neverallow的作用
如图3所示，笔者修改shell.te后，意外导致了一条allow语句与neverallow语句冲突，从而生成安全策略文件失败。
下面我们来看上述allow语句中所涉及到的object class和perm set。
（1） Object class和Perm SetObject class很难用语言说清楚它到底是怎么定义的，所以笔者也不废话，直接告诉大家常见的Object class有哪些。见下面的SEPolicy示例：
[external/sepolicy/security_classes示例]
.......
#此文件定义了Android平台中支持的Object class
#根据SELinux规范，Object Class类型由class关键字申明
# file-related classes
class filesystem
class file #代表普通文件
class dir #代表目录
class fd #代表文件描述符
class lnk_file #代表链接文件
class chr_file #代表字符设备文件
......
# network-related classes
class socket #socket
class tcp_socket
class udp_socket
......
class binder #Android平台特有的binder
class zygote #Android平台特有的zygote
#Android平台特有的属性服务。注意其后的userspace这个词
class property_service # userspace和用户空间中的SELinux权限检查有关，下文再解释
上述示例展示了SEAndroid中Object Class的定义，其中：
据说：在kernel编译时会根据security_class文件生成对应的头文件。从这里可以看出，SELinux需要根据发行平台来做相应修改。同时可以看出，该文件一般也不需要我们去修改。
再来看Perm set。Perm set指得是某种Object class所拥有的操作。以file这种Object class而言，其拥有的Perm set就包括read，write，open，create,execute等。
和Object class一样，SELinux或SEAndroid所支持的Perm set也需要声明，来看下面的例子：
[external/sepolicy/access_vectors]
#SELinux规范中，定义perm set有两种方式，一种是使用下面的common命令
#其格式为：common common_name { permission_name ... } common定义的perm set能
#被另外一种perm set命令class所继承
#以下是Android平台中，file对应的权限（perm set）。其大部分权限读者能猜出是干什么的。
#有一些权限需要结合文后的参考文献来学习
common file {
ioctl read write create getattr setattr lock relabelfrom relabelto
append unlink link rename execute swapon quotaon mounton }
#除了common外，还有一种class命令也可定义perm set，如下面的例子：
#class命令的完整格式是：
#class class_name [ inherits common_name ] { permission_name ... }
#inherits表示继承了某个common定义的权限 注意，class命令定义的权限其实针对得就是
#某个object class。它不能被其他class继承
class dir inherits file {
add_name remove_name reparent search rmdir open audit_access execmod
}
#来看SEAndroid中的binder和property_service这两个Object class定义了哪些操作权限
class binder {
impersonate call set_context_mgr transfer }
class property_service { set }
提示：Object class和Perm set的具体内容（SELinux中其实叫Access Vector）都和Linux系统/Android系统密切相关。所以，从知识链的角度来看，Linux编程基础很重要。
（2） type，attribute和allow等现在再来看type的定义，和type相关的命令主要有三个，如下面的例子所示：
[external/sepolicy相关文件]
#type命令的完整格式为：type type_id [alias alias_id,] [attribute_id]
#其中，方括号中的内容为可选。alias指定了type的别名，可以指定多个别名。
#下面这个例子定义了一个名为shell的type，它和一个名为domain的属性（attribute）关联
type shell, domain; #本例来自shell.te，注意，可以关联多个attribute
#属性由attribute关键字定义，如attributes文件中定义的SEAndroid使用的属性有：
attribute domain
attribute file_type
#可以在定义type的时候，直接将其和某个attribute关联，也可以单独通过
#typeattribue将某个type和某个或多个attribute关联起来，如下面这个例子
#将前面定义的system类型和mlstrustedsubject属性关联了起来
typeattribute system mlstrustedsubject
特别注意：对初学者而言，attribute和type的关系最难理解，因为“attribute”这个关键词实在是没取好名字，很容易产生误解：
使用attribute有什么好处呢？一般而言，系统会定义数十或数百个Type，每个Type都需要通过allow语句来设置相应的权限，这样我们的安全策略文件编起来就会非常麻烦。有了attribute之后呢，我们可以将这些Type与某个attribute关联起来，然后用一个allow语句，直接将source_type设置为这个attribute就可以了：
[例子4]
#定义两个type，分别是A_t和B_t，它们都管理到attribute_test
type A_t attribute_test;
type B_t attribute_test;
#写一个allow语句，直接针对attribute_test
allow attribute_test C_t:file {read write};
#上面这个allow语句在编译后的安全策略文件中会被如下两条语句替代：
allow A_t C_t:file {read write};
allow B_t C_t:file {read write};
前面讲过，TE的完整格式为：
rule_name source_type target_type : class perm_set
所以，attribute可以出现在source_type中，也可以出现在target_type中。
提示：一般而言，定义type的时候，都会在名字后添加一个_t后缀，例如type system_t。而定义attribute的时候不会添加任何后缀。但是Android平台没使用这个约定俗成的做法。不过没关系，SEAndroid中定义的attribute都在external/sepolicy/attribute这个文件中，如果分不清是type还是attribute，则可以查看这个文件中定义了哪些attribute。
最后我们来看看TE中的rule_name，一共有四种：
[例子5]
#来自external/sepolicy/netd.te文件
#永远不允许netd域中的进程 读写 dev_type类型的 块设备文件（Object class为blk_file）
neverallow netd dev_type:blk_file { read write }
（3） RBAC和constrain绝大多数情况下，SELinux的安全配置策略需要我们编写各种各样的xx.te文件。由前文可知，.te文件内部应该包含包含了各种allow，type等语句了。这些都是TEAC，属于SELinux MAC中的核心组成部分。
在TEAC之上，SELiunx还有一种基于Role的安全策略，也就是RBAC。RBAC到底是如何实施相关的权限控制呢？我们先来看SEAndroid中Role和User的定义。
[external/sepolicy/roles]
#Android中只定义了一个role，名字就是r
role r;
#将上面定义的r和attribute domain关联起来
role r types domain;
再来看user的定义。
[external/sepolicy/users]
#支持MLS的user定义格式为：
#user seuser_id roles role_id level mls_level range mls_range;
#不支持MLS user定义格式为：
#user seuser_id roles role_id;
#SEAndroid使用了支持MLS的格式。下面定义的这个user u，将和role r关联。
#注意，一个user可以和多个role关联。
#level之后的是该user具有的安全级别。s0为最低级，也就是默认的级别，mls_systemHigh
#为u所能获得的最高安全级别（security level）。此处暂且不表MLS
user u roles { r } level s0 range s0 - mls_systemhigh;
那么，Roles和User中有什么样的权限控制呢？
1）首先，我们应该允许从一个role切换（SELinux用Transition表达切换之意）到另外一个role，例如：
#注意，关键字也是allow，但它和前面TE中的allow实际上不是一种东西
#下面这个allow允许from_role_id切换到to_role_id
allow from_role_id to_role_id;
2) 角色之间的关系。SELinux中，Role和Role之间的关系和公司中的管理人员的层级关系类似，例如：
#dominance语句属于deprecated语句，MLS中有新的定义层级相关的语句。不过此处要介绍的是
#selinux中的层级关系
#下面这句话表示super_r dominate（统治，关键词dom） sysadm_r和secadm_r这两个角色
#反过来说，sysadm_r和secadm_r dominate by (被统治，关键词 domby) super_r
#从type的角度来看，super_r将自动继承sysadm_r和secadm_r所关联的type（或attribute）
dominance { role super_r {role sysadm_r; role secadm_r; }
3）其他内容，由于SEAndroid没有使用，此处不表。读者可阅读后面的参考文献。
话说回来，怎么实现基于Role或User的权限控制呢？SELinux提供了一个新的关键词，叫constrain，来看下面这个例子：
[例子6]
#constrain标准格式为:
# constrain object_class_set perm_set expression ;
#下面这句话表示只有source和target的user相同，并且role也相同，才允许
#write object_class为file的东东
constrain file write (u1 == u2 and r1 == r2) ;
前面已经介绍过object_class和perm_set了，此处就不再赘述。constrain中最关键的是experssion，它包含如下关键词:
关于constrain，再补充几个知识点：
关于RBAC和constrain，我们就介绍到此。
提示：笔者花了很长时间来理解RBAC和constrain到底是想要干什么。其实这玩意很简单。因为TE是Type Enforcement，没user和role毛事，而RBAC则可通过constrain语句来在user和role上再加一些限制。当然，constrain也可以对type进行限制。如此而已！
前面陆陆续续讲了些SELinux中最常见的东西。不过细心的人可能会问这样一个问题：这些SContext最开始是怎么赋给这些死的和活的东西的？Good Question！
提示：SELinux中，设置或分配SContext给进程或文件的工作叫Security Labeling，土语叫打标签。
（1） sid和sid_context这个问题的回答嘛，其实也蛮简单。Android系统启动后（其他Linux发行版类似），init进程会将一个编译完的安全策略文件传递给kernel以初始化kernel中的SELinux相关模块（姑且用Linux Security Module:LSM来表示它把），然后LSM可根据其中的信息给相关Object打标签。
提示：上述说法略有不准，先且表述如此。
LSM初始化时所需要的信息以及SContext信息保存在两个特殊的文件中，以Android为例，它们分别是：
来看这两个文件的内容：
[external/sepolicy/initial_sids和initial_sid_context]
#先看initial_sids
sid kernel #sid是关键词，用于定义一个sid
sid security
sid unlabeled
sid fs
sid file
sid file_labels
sid init
......
#再来看initial_sid_context
sid kernel u:r:kernel:s0 #将initial_sids中定义的sid和初始的SContext关联起来
sid security u:object_r:kernel:s0
sid unlabeled u:object_r:unlabeled:s0
sid fs u:object_r:labeledfs:s0
sid file u:object_r:unlabeled:s0
sid file_labels u:object_r:unlabeled:s0
sid init u:object_r:unlabeled:s0
提示：sid的细节需要查看LSM的实现。此处不拟深究它。另外，这两个文件也是和Kernel紧密相关的，所以一般不用修改它们。
（2） Domain/Type Transition和宏SEAndroid中，init进程的SContext为u:r:init:s0，而init创建的子进程显然不会也不可能拥有和init进程一样的SContext（否则根据TE，这些子进程也就在MAC层面上有了和init一样的权限）。那么这些子进程的SContext是怎么被打上和其父进程不一样的SContext呢？
SELinux中，上述问题被称为Domain Transtition，即某个进程的Domain切换到一个更合适的Domain中去。Domain Transition也是需要我们在安全策略文件中来配置的，而且有相关的关键词，来看例子7。
[例子7-1]
#先要使用type_transition语句告诉SELinux
#type_transition的完整格式为：
# type_transition source_type target_type : class default_type;
#对Domain Transition而言有如下例子：
type_transition init_t apache_exec_t : process apache_t;
上面这个例子的解释如下，请读者务必仔细：
明白了吗？要做DT，肯定需要先fork一个子进程，然后通过execv打开一个新的可执行文件，从而进入变成那个可执行文件对应的活物！所以，在type_transition语句中，target_type往往是那个可执行文件（死物）的type。default_type则表示execv执行后，这个活物默认的Domain。另外，对DT来说，class一定会是process。
请注意，DT属于Labeling一部分，但这个事情还没完。因为打标签也需要相关权限。所以，上述type_transition不过是开了一个头而已，要真正实施成功这个DT，还需要下面至少三个allow语句配合：
[例子7-2]
#首先，你得让init_t域中的进程能够执行type为apache_exec_t的文件
allow init_t apache_exec_t : file execute;
#然后，你还得告诉SELiux，允许init_t做DT切换以进入apache_t域
allow init_t apache_t : process transition;
#最后，你还得告诉SELinux，切换入口（对应为entrypoint权限）为执行apache_exec_t类型
#的文件
allow apache_t apache_exec_t : file entrypoint;
为什么会需要上述多达三个权限呢？这是因为在Kernel中，从fork到execv一共设置了三处Security检查点，所以需要三个权限。
提示：读者不必纠结这个了，按照规范做就完了。不过...，这导致我们写TE文件时候会比较麻烦啊！
确实比较麻烦，不过SELinux支持宏，这样我们可以定义一个宏语句把上述4个步骤全部包含进来。在SEAndroid中，系统定义的宏全在te_macros文件中，其中和DT相关的宏定义如下：
[external/sepolicy/te_macros]
#定义domain_trans宏。$1,$2等等代表宏的第一个，第二个....参数
define(`domain_trans', `
# SEAndroid在上述三个最小权限上，还添加了自己的一些权限
allow $1 $2:file { getattr open read execute };
allow $1 $3:process transition;
allow $3 $2:file { entrypoint read execute };
allow $3 $1:process sigchld;
dontaudit $1 $3:process noatsecure;
allow $1 $3:process { siginh rlimitinh };
')
#定义domain_auto_trans宏，这个宏才是我们在te中直接使用的
#以例子7而言，该宏的用法是：
#domain_auto_trans(init_t, apache_exec_t, apache_t)
define(`domain_auto_trans', `
# 先allow相关权限
domain_trans($1,$2,$3)
# 然后设置type_transition
type_transition $1 $2:process $3;
')
在external/sepolicy/init_shell.te中就有上述宏的用法：
./init_shell.te:4:domain_auto_trans(init, shell_exec, init_shell)
除了DT外，还有针对Type的Transition。举个例子，假设目录A的SContext为u:r:dir_a，那么默认情况下在该目录下创建的文件都具有u:r:dir_a这个SContext。所以我们也要针对死得东西进行打标签。
和DT类似，TT的语句也是type_transition，而且要顺利完成Transition，也需要申请相关权限。废话不再多说，我们直接看te_macros是怎么定义TT所需要的宏的：
[external/sepolicy/te_macros]
# 定义file_type_trans(domain, dir_type, file_type)宏
#
define(`file_type_trans', `
# ra_dir_perms是一个宏，由global_macros文件定义，其值为：
#define(`ra_dir_perms', `{ r_dir_perms add_name write }')
allow $1 $2:dir ra_dir_perms;
# create_file_perms也是一个宏，定义在global_macros文件中，其值为：
# define(`create_file_perms', `{ create setattr rw_file_perms
# link_file_perms }')
#而r_dir_perms=define(`r_dir_perms', `{ open getattr read search ioctl }
allow $1 $3:notdevfile_class_set create_file_perms;
allow $1 $3:dir create_dir_perms;
')
# 定义file_type_auto_trans(domain, dir_type, file_type)宏
#该宏的含义是：当domain域中的进程在某个Type为dir_type的目录中创建文件时，该文件的
#SContext应该是file_type
define(`file_type_auto_trans', `
file_type_trans($1, $2, $3)
type_transition $1 $2:dir $3;
#notdevfile_class_set也是一个宏，由global_macros文件定义，其值为
# define(`notdevfile_class_set', `{ file lnk_file sock_file fifo_file }')
type_transition $1 $2:notdevfile_class_set $3;
')
WoW，SEAndroid太这两个宏定义太复杂了，来看看官方文档中的最小声明是什么：
[例子8]
type_transition acct_t var_log_t:file wtmp_t;
allow acct_t var_log_t:dir { read getattr lock search ioctl
add_name remove_name write };
allow acct_t wtmp_t:file { create open getattr setattr read
write append rename link unlink ioctl lock };
在SEAndroid的app.te中，有如下TT设置：
./app.te:86:file_type_auto_trans(appdomain, download_file, download_file)
DT和TT就介绍到这，翻来覆去就这么点东西，多看几遍就“柜”（用柜字，打一成语，参考2014年中国首次猜谜大会）了
=======未完，待续========
