gfreewind/kernel_comment项目解析：深入理解Seccomp BPF系统调用过滤机制

概述

Seccomp BPF（SECure COMPuting with Berkeley Packet Filter）是Linux内核提供的一种安全机制，它允许进程通过BPF程序来限制自身可以执行的系统调用。这种机制能够有效减少内核暴露给用户空间进程的攻击面，是构建安全沙盒环境的重要基础。

Seccomp BPF的核心原理

系统调用过滤的必要性

现代Linux系统向每个用户空间进程暴露了大量系统调用，但大多数进程在其生命周期中只会使用其中的一小部分。通过限制进程可用的系统调用集合，可以显著减少潜在的安全风险。

BPF技术的应用

Seccomp过滤使用Berkeley Packet Filter（BPF）程序作为过滤规则，这与网络套接字过滤使用的技术相同。不同之处在于，Seccomp BPF操作的数据是与系统调用相关的信息：

• 系统调用号
• 系统调用参数
• 其他元数据

BPF程序的一个关键安全特性是它不能解引用指针，这确保了所有过滤操作只能直接评估系统调用参数，避免了常见的TOCTOU（Time-Of-Check-Time-Of-Use）攻击。

Seccomp BPF的使用方法

基本配置流程

1. 设置无新权限标志：在应用过滤器前，进程必须调用prctl(PR_SET_NO_NEW_PRIVS, 1)或拥有CAP_SYS_ADMIN能力
2. 加载BPF过滤器：通过prctl(PR_SET_SECCOMP, SECCOMP_MODE_FILTER, prog)加载BPF程序
3. 过滤器继承：如果允许fork/clone和execve，子进程将继承相同的过滤器

BPF程序返回值的优先级

Seccomp过滤器可以返回多种动作值，按优先级从高到低排列：

1. SECCOMP_RET_KILL_PROCESS：终止整个进程
2. SECCOMP_RET_KILL_THREAD：终止当前线程
3. SECCOMP_RET_TRAP：发送SIGSYS信号
4. SECCOMP_RET_ERRNO：返回指定的errno值
5. SECCOMP_RET_TRACE：通知调试工具
6. SECCOMP_RET_LOG：记录系统调用后允许执行
7. SECCOMP_RET_ALLOW：允许系统调用执行

常见陷阱与最佳实践

架构兼容性问题

最大的陷阱是仅基于系统调用号进行过滤而不检查架构值。在不同架构上，相同的系统调用可能有不同的调用约定和编号。必须始终检查arch值以避免安全漏洞。

vDSO和vsyscall的特殊情况

虚拟动态共享对象（vDSO）和vsyscall可能导致某些系统调用完全在用户空间执行，这会给跨机器测试带来意外情况。在x86架构上，建议测试时将时钟源设置为acpi_pm以获得更一致的行为。

系统控制参数

Seccomp提供了以下sysctl参数：

• actions_avail：只读列表，显示内核支持的seccomp返回值
• actions_logged：可读写列表，控制哪些动作会被记录

注意：SECCOMP_RET_ALLOW动作无法被记录。

实际应用建议

1. 渐进式过滤：先使用SECCOMP_RET_LOG记录应用程序实际需要的系统调用，然后逐步构建精确的过滤规则
2. 多层防御：Seccomp应与其他安全机制（如命名空间、能力机制、LSM等）结合使用
3. 测试验证：在不同硬件环境和内核版本上进行充分测试，特别是注意vDSO行为差异

架构支持要求

要使一个架构支持Seccomp过滤，需要满足以下条件：

1. 支持ptrace_event和seccomp
2. 实现SIGSYS支持
3. 添加seccomp返回值检查
4. 在arch-specific Kconfig中添加CONFIG_HAVE_ARCH_SECCOMP_FILTER

结论

Seccomp BPF是Linux安全体系中一个强大而灵活的工具，它通过系统调用过滤有效减少了内核的攻击面。正确使用时，它可以为应用程序提供额外的安全层，但它不是完整的沙盒解决方案。开发者应当理解其工作原理和限制，结合其他安全机制构建全面的防御体系。