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Linux Capabilities

news 2026/1/29 9:26:12

Linux Capabilities是一种细粒度的权限管理机制,用于将root用户的特权划分为具体的功能集。它允许将部分root特权授予非root进程。

可以在shell中运行:

man capabilities

将显示capability man page,其中包含有关Linux功能的详细信息。

文章目录

- 什么是Capabilities
- Linux Cap 分类
- File Capabilities
- Cap管理工具
- - libcap2-bin
  - libcap-ng-utils
- Capabilities在容器中的应用
- - Docker
  - 进程权限集
  - - 获取与解析
    - 运行具有某些权限的容器
  - kubernetes

什么是Capabilities

对于执行权限检查, 传统的UNIX实现区分两类进程: 特权进程(其有效用户ID为0,也称为超级用户或root)和非特权进程(其有效用户ID非零)。

特权进程绕过内核的所有权限检查,而非特权进程根据进程的凭证(通常为:有效用户ID、有效组ID和补充组列表)进行完整的权限检查。

从内核2.2开始,Linux将传统上与超级用户相关联的特权分成独立的单元,称为Capability,可以独立启用和禁用。

需要注意的是，功能是线程属性。

Linux Cap 分类

Linux capabilities可以分为以下几类:

文件系统相关:

CAP_CHOWN - 改变文件所有权
CAP_DAC_OVERRIDE - 忽略DAC权限
CAP_DAC_READ_SEARCH - 忽略文件读/搜寻权限
CAP_FOWNER - 忽略文件的所有权
CAP_FSETID - 忽略setuid/setgid位

设备相关:

CAP_MKNOD - 创建设备文件
CAP_NET_ADMIN - 管理网络子系统
CAP_NET_RAW - 使用RAW和底层网络协议
CAP_SYS_MODULE - 插入和删除内核模块
CAP_SYS_RAWIO - 执行raw I/O端口操作

进程相关:

CAP_SETPCAP - 转移其他进程的capabilities
CAP_SETUID - 设置UID
CAP_SETGID - 设置GID
CAP_SYS_ADMIN - 执行许多系统管理操作
CAP_SYS_PTRACE - 跟踪其他进程
CAP_SYS_CHROOT - 使用chroot限制根目录
CAP_KILL - 向其他进程发送信号
CAP_AUDIT_WRITE - 编写审计日志条目

系统管理:

CAP_SYS_BOOT - 重新引导系统
CAP_SYS_NICE - 修改进程优先级
CAP_SYS_RESOURCE - 修改资源限制
CAP_SYS_TIME - 修改系统时间

这只是capabilities的广义分类,某些capabilities可能属于多个类别。

基于最小特权原则，一个可执行文件可按需选择其中某些能力，而不是获取全部。

File Capabilities

自内核2.6.24起,内核支持使用setcap(8)将功能集与可执行文件相关联。文件功能集存储在名为security.capability的扩展属性中(请参阅setxattr(2))。写入此扩展属性需要CAP_SETFCAP功能。文件功能集与线程的功能集一起确定execve(2)后线程的功能。

文件功能比传统的setuid和setgid机制更加精细和灵活。

在引入文件功能(File Capabilities)之前,setuid为0的程序会授予执行它的进程全部特权。

Cap管理工具

libcap2-bin

功能很重要,因为允许决定进程所需的功能,而不是给予它完全访问权限 - 即使它并不需要。

功能特性于1999年在2.2内核中引入,但当时仅限于进程。2008年,功能也引入到文件中。

需要安装libcap2-bin

获取和设置功能的两个基本命令是setcap和getcap。getcap获取功能列表,而setcap用于为可执行文件设置特定功能。

请注意,要使用setcap, 必须传递原始文件,而不是符号链接文件。Linux中的符号链接是指向另一个文件的特殊文件。

设置功能：

$ sudo setcap cap_net_bind_service+ep /path/to/the/file

获取功能：

$ sudo getcap /path/to/the/file

libcap2-bin附带了其他工具,包括capsh和getpcaps。

capsh也用于获取功能,帮助解码功能集。
getpcaps在检查Linux进程的功能时很有用。

举例说明,以ping为例。它需要打开原始套接字。只有root用户可以打开原始套接字或小于1024的端口。

我们如何为特定进程提供必要的功能? 答案是使用setcap来为可执行文件设置特定的Linux功能。

为ping设置特定的net_raw功能:

$ sudo setcap cap_net_raw=ep ping

总而言之,功能涉及将root特权分成不同的级别,并帮助您为每个进程提供特定的功能。
例如:

CAP_CHOWN 更改文件的所有权。它允许root随意更改文件UID和GID。
CAP_KILL 杀死系统中正在运行的任何进程。
CAP_NET_BIND_SERVICE 允许您打开小于1024的端口,即使进程不是以root用户运行。

libcap-ng-utils

在处理功能时,另一个非常有用的软件包名为libcap-ng-utils,它带有netcap、filecap和pscap工具。这些工具在处理Linux中的功能时非常有用。

filecap查看可执行文件的所有功能。
netcap为通过TCP、UDP等在网络上通信的进程提供功能报告。
pscap查看正在运行的进程的功能

要安装libcap-ng-utils，以CentOS 7为例：

yum -y install libcap-ng-utils

Capabilities在容器中的应用

Docker

默认情况下,容器在启动时会获得容器运行环境提供的某些默认功能。像Docker这样的工具为您提供了根据需求添加和删除功能的灵活性。要理解这一点,您需要知道您的容器为正常工作所需的功能,否则将无法达到预期效果。

例如,让我们运行一个busybox容器并检查运行该进程所具有的功能。

busybox容器基于busybox镜像,是一个轻量级容器,内置许多常用的UNIX实用工具,如awk、grep和tar。

docker run --rm -it busybox sleep 1h &

要获取正在运行的容器的PID,您可以使用docker inspect <container-id>。PID代表进程ID。它是在Linux系统上运行的每个进程的唯一数字ID。

$ docker inspect 7666636cd08c | grep -i PID
Output      "Pid": 23764,"PidMode": "","PidsLimit": null,

进程权限集

有五种不同类型的进程权限集。让我们理解每个权限所代表的含义:

CapInh(Inherited capabilities)是从运行的父进程传递到其子进程的权限。
CapPrm(Permitted capabilities)是进程允许拥有的权限。
CapEff(Effective capabilities)集是当前进程执行的所有权限。
CapBnd(Bounding capabilities)集是进程允许拥有的最大权限集。
CapAmb(Ambient capabilities)集包括当前生效的权限。它可以在以后应用于当前进程或其子进程。

在本文中,将重点关注有效权限集。大部分时候,会使用有效权限。

获取与解析

要获取容器的进程权限集, 运行以下命令:

$ grep Cap /proc/<container-pid>/status
CapInh: 00000000a80425fb
CapPrm: 00000000a80425fb
CapEff: 00000000a80425fb
CapBnd: 00000000a80425fb
CapAmb: 0000000000000000

这个输出不可读,所以要读取这个输出,需要使用来自libcap2-bin软件包的二进制文件capsh。

此时,确保已安装libcap2-bin软件包。要解码有效权限,获取CapEff:之后写入的文本,并使用以下命令,应该会看到如下输出:

$ capsh --decode=00000000a80425fb
0x00000000a80425fb=cap_chown,cap_dac_override,cap_fowner,
cap_fsetid,cap_kill,cap_setgid,cap_setuid,cap_setpcap,
cap_net_bind_service,cap_net_raw,cap_sys_chroot,cap_mknod,
cap_audit_write,cap_setfcap

输出显示进程具有不同的权限。例如, cap_chown权限使程序有权更改文件的所有者或目录的所有者。chown命令使用此权限。
类似地,如果要进程打开/监听小于1024的端口,可以使用cap_net_bind_service,它允许进程绑定到小于1024的端口。

如果有进程的PID,也可以使用getpcaps获取进程的权限:

getpcaps 23808

运行具有某些权限的容器

现在,让我们尝试理解如何运行具有某些权限的容器。如果使用docker,可以使用--cap-add添加权限和--cap-drop放弃权限。例如,如果要运行有sys_admin权限的容器并放弃其他所有权限,可以如下:

$ docker run --rm --cap-drop=all --cap-add=sys_admin \   
-it busybox sleep 1h &

请注意,如果要添加或删除多个权限,必须再次添加相同的标志。

例如,如果要运行一个容器,放弃所有权限, 只使用SYS_ADMIN和NET_ADMIN权限,需要使用--cap-add标志两次。

$ docker run --rm --cap-drop=all --cap-add=sys_admin \  
--cap-add=net_admin -it busybox sleep 1h &

kubernetes

如何在Pod中设置正确的权限？

通过在Kubernetes清单中使用SecurityContext,可以在容器中设置权限。让我用一个示例清单说明:

apiVersion: v1  
kind: Pod  
metadata:  name: pod  
spec:  containers:  - command:  - sleep  - "100000"  image: ubuntu  name: ubuntu-pod   securityContext:  privileged: false   capabilities:  drop:  - ALL  add:   - SYS_ADMIN  - NET_ADMIN

上述Kubernetes清单将创建一个具有Ubuntu镜像的Pod,并且只有两个权限:SYS_ADMIN和NET_ADMIN。在上述清单中,我们放弃了所有其他权限。

这比运行privileged: true的Pod要好得多,后者将添加所有Linux权限,约37个。

SYS_ADMIN几乎相当于授予容器root级访问权限,如果不需要,应避免使用。如果查看权限的手册页,则SYS_ADMIN也称为新的root。与SYS_ADMIN类似,NET_ADMIN允许您在系统上执行所有特权网络操作。

在Kubernetes中使用权限时,应该在前缀中放弃CAP这个词。

即使使用多容器Pod,也可以在每个容器中设置SecurityContext。您也可以使用工具(如tracee、inspektor-gadget和其他eBPF工具)来跟踪容器的权限。如果您不确定应用程序所需的权限,这将很有用。