[#]: subject: (Identify security properties on Linux using checksec) [#]: via: (https://opensource.com/article/21/6/linux-checksec) [#]: author: (Gaurav Kamathe https://opensource.com/users/gkamathe) [#]: collector: (lujun9972) [#]: translator: (chai001125) [#]: reviewer: ( ) [#]: publisher: ( ) [#]: url: ( ) 在 Linux 上使用 Checksec 识别二进制文件的安全属性 ====== >这篇文章能让你了解如何使用 Checksec ，来识别一个可执行文件的安全属性，了解安全属性的含义，并知道如何使用它们。 ![Target practice][1] 编译源代码会生成一个二进制文件（即 .o 文件）。在编译期间，你可以向 `gcc` 编译器提供 标志 flags ，以启用或禁用二进制文件的某些属性，这些属性与安全性相关。 Checksec 是一个漂亮的小工具，同时它也是一个 shell 脚本。Checksec 可以识别编译时构建到二进制文件中的安全属性。编译器可能会默认启用一些安全属性，你也可以提供特定的标志，来启用其他的安全属性。 本文将介绍如何使用 Checksec ，来识别二进制文件的安全属性，包括： 1. Checksec 在查找有关安全属性的信息时，使用了什么**底层的命令** 2. 在将源代码编译成二进制文件时，如何使用 GNU 编译器套件 GNU Compiler Collection (即 GCC) ，来**启用安全属性**。 ## 安装 checksec 要在 Fedora 和其他基于 RPM 的 Linux 系统上，安装 Checksec，请使用以下命令： ``` $ sudo dnf install checksec ``` 对于基于 Debian 的 Linux 发行版，使用对应的 `apt` 命令，来安装 Checksec。 ``` $ sudo apt install checksec ``` ## shell 脚本 在安装完 Checksec 后，能够发现 Checksec 是一个**单文件**的 shell 脚本，它位于 `/usr/bin/checksec`，并且这个文件挺大的。Checksec 的一个优点是你可以通过快速通读这个 shell 脚本，从而了解 Checksec 的执行原理、明白所有能查找有关二进制文件或可执行文件的安全属性的**系统命令**： ``` $ file /usr/bin/checksec /usr/bin/checksec: Bourne-Again shell script, ASCII text executable, with very long lines $ wc -l /usr/bin/checksec 2111 /usr/bin/checksec ``` 以下的命令展示了如何对你每天都会使用的：`ls` 命令的二进制文件，进行 Checksec。Checksec 命令的格式是：`checksec --file=`，后面再跟上二进制文件的绝对路径： ``` $ checksec --file=/usr/bin/ls RELRO           STACK CANARY      NX            PIE             RPATH      RUNPATH      Symbols         FORTIFY Fortified       Fortifiable     FILE Full RELRO      Canary found      NX enabled    PIE enabled     No RPATH   No RUNPATH   No Symbols        Yes   5       17              /usr/bin/ls ``` 当你在终端中对某个二进制文件运行 Checksec 时，你会看到安全属性有颜色上的区分，显示什么是好的安全属性（绿色），什么可能不是好的安全属性（红色）。我在这里说 **“可能”** 是因为即使有些安全属性是红色的，也不一定意味着这个二进制文件很糟糕，它可能只是表明发行版供应商在编译二进制文件时做了一些权衡，从而舍弃了部分安全属性。 Checksec 输出的第一行提供了二进制文件的各种安全属性，例如 `RELRO`、`STACK CANARY`、`NX` 等（我将在后文进行详细解释）。第二行打印出给定二进制文件（本例中为 `ls`）在这些安全属性的状态（例如，`NX enabled` 表示为堆栈中的数据没有执行权限）。 ## 示例二进制文件 在本文中，我将使用以下的“hello world”程序作为示例二进制文件。 ``` #include <stdio.h> int main() {         [printf][2]("Hello World\n");         return 0; }   ``` 请注意，在编译源文件 `hello.c` 的时候，我没有给 `gcc` 提供任何额外的标志： ``` $ gcc hello.c -o hello   $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=014b8966ba43e3ae47fab5acae051e208ec9074c, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped $ ./hello Hello World ``` 使用 Checksec 运行二进制文件 `hello`，打印的某些安全属性的状态，与上面的 `ls` 二进制文件的结果不同（在你的屏幕上，某些属性可能显示为红色）： ``` $ checksec --file=./hello RELRO           STACK CANARY      NX            PIE             RPATH      RUNPATH      Symbols         FORTIFY Fortified       Fortifiable     FILE Partial RELRO   No canary found   NX enabled    No PIE          No RPATH   No RUNPATH   85) Symbols       No    0       0./hello $ ``` LCTT 译注：在我的 Ubuntu 22.04 虚拟机，使用 11.3.0 版本的 gcc，结果与上述不太相同，利用默认参数进行编译，会得到 RELRO、PIE、NX 保护是全开的情况。 ## 更改 Checksec 的输出格式 Checksec 允许自定义各种输出格式，你可以使用 `--output` 来自定义输出格式。我将选择的输出格式是 JSON 格式，并将输出结果通过管道传输到 `jq` 实用程序，来得到漂亮的打印。 接下来，确保你已安装好了 [`jq`][3]，因为本教程会使用 `jq`，从 Checksec 的输出结果中，用 `grep` 来快速得到某一特定的安全属性状态，并报告该安全属性是否启动（启动为 `yes`，未启动为 `no`）： ``` $ checksec --file=./hello --output=json | jq {   "hello": {     "relro": "partial",     "canary": "no",     "nx": "yes",     "pie": "no",     "rpath": "no",     "runpath": "no",     "symbols": "yes",     "fortify_source": "no",     "fortified": "0",     "fortify-able": "0"   } } ``` ## 看一看所有的安全属性 上面的二进制文件 `hello` 包括几个安全属性。我将该二进制文件与 `ls` 的二进制文件进行比较，以检查启用的安全属性有何不同，并解释 Checksec 是如何找到此信息。 ### 1\. 符号（Symbol） 我先从简单的讲起。在编译期间，某些 符号 symbols 包含在二进制文件中，这些符号主要用作于调试。开发软件时，需要用到这些符号，来调试和修复 bug。 这些符号通常会从供用户普遍使用的最终二进制文件中删除。删除这些符号不会影响到二进制文件的执行。删除符号通常是为了节省空间，因为一旦符号被删除了，二进制文件就会稍微小一些。在闭源或专有软件中，符号通常都会被删除，因为把这些符号放在二进制文件中，可以很容易地推断出软件的内部工作原理。 根据 Checksec 的结果，在二进制文件 `hello` 中有符号，但在 `ls` 的二进制文件中不会有符号。同样地，你还可以用 `file` 命令，来找到符号的信息，在二进制文件 `hello` 的输出结果的最后，看到 `not stripped`，表明二进制文件 `hello` 有符号： ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq | grep symbols     "symbols": "no", $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep symbols     "symbols": "yes", $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=014b8966ba43e3ae47fab5acae051e208ec9074c, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped ``` Checksec 是如何找到符号的信息呢？Checksec 提供了一个方便的 `--debug` 选项，来显示运行了哪些函数。因此，运行以下的命令，会显示在 shell 脚本中运行了哪些函数： ``` $ checksec --debug --file=./hello ``` 在本教程中，我试图寻找 Checksec 查找安全属性信息时，使用了什么**底层命令**。由于 Checksec 是一个 shell 脚本，因此你始终可以使用 Bash 功能。以下的命令将输出从 shell 脚本中运行的每个命令： ``` $ bash -x /usr/bin/checksec --file=./hello ``` 如果你滚动浏览上述的输出结果的话，你会看到 `echo_message` 后面有各个安全属性的类别。以下显示了 Checksec 检测二进制文件是否包含符号时，运行的底层命令： ``` \+ readelf -W --symbols ./hello \+ grep -q '\\.symtab' \+ echo_message '\033[31m96) Symbols\t\033[m  ' Symbols, ' symbols="yes"' '"symbols":"yes",' ``` 上面的输出显示，Checksec 利用 `readelf`，来读取二进制文件，并提供一个特殊 `--symbols` 标志，来列出二进制文件中的所有符号。然后它会查找一个特殊值：`.symtab`，它提供了所能找到的条目的计数（即符号的个数）。你可以在上面编译的测试二进制文件 `hello` 上，尝试以下命令，得到与 Checksec 查看二进制文件类似的符号信息： ``` $ readelf -W --symbols ./hello $ readelf -W --symbols ./hello | grep -i symtab ``` LCTT 译注：也可以通过直接查看 `/usr/bin/checksec` 下的 Checksec 源文件。 ## 如何删除符号 你可以在编译后或编译时删除符号。 * **编译后：** 在编译后，你可以使用 `strip`，手动地来删除二进制文件的符号。删除后，使用 `file` 命令，来检验是否还有符号，现在显示 `stripped`，表明二进制文件 `hello` 无符号了： ``` $ gcc hello.c -o hello $ $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=322037496cf6a2029dcdcf68649a4ebc63780138, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped $ $ strip hello $ $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=322037496cf6a2029dcdcf68649a4ebc63780138, for GNU/Linux 3.2.0, stripped $ ``` ## 如何在编译时删除符号 你也可以在编译时，用 `-s` 参数让 gcc 编译器帮你自动地删除符号： ``` $ gcc -s hello.c -o hello $ $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=247de82a8ad84e7d8f20751ce79ea9e0cf4bd263, for GNU/Linux 3.2.0, stripped $ ``` 重新运行 Checksec，你可以看到现在二进制文件 `hello` 的 `symbols` 这一属性的值是`no`： ``` $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep symbols     "symbols": "no", $ ``` ### 2\. Canary（堆栈溢出哨兵） Canary 是放置在缓冲区和_栈_ stack 上的控制数据之间的已知值，它用于监视缓冲区是否溢出。当应用程序执行时，会为其分配两种内存，其中之一就是 _栈_。栈是一个具有两个操作的数据结构：第一个操作 `push`，将数据压入堆栈；第二个操作 `pop`，以后进先出的顺序从栈中弹出数据。恶意的输入可能会导致栈溢出，或使用特制的输入破坏栈，并导致程序崩溃： ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq | grep canary     "canary": "yes", $ $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep canary     "canary": "no", $ ``` Checksec 是如何确定二进制文件是否启用了 Canary 的呢？使用上述同样的方法，得到 Checksec 在检测二进制文件是否启用 Canary 时，运行的底层命令： ``` $ readelf -W -s ./hello | grep -E '__stack_chk_fail|__intel_security_cookie' ``` #### 启用 Canary 为了防止栈溢出等情况，编译器提供了 `-stack-protector-all` 标志，它向二进制文件添加了额外的代码，来检查缓冲区是否溢出： ``` $ gcc -fstack-protector-all hello.c -o hello $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep canary     "canary": "yes", ``` Checksec 显示 Canary 属性现已启用。你还可以通过以下方式，来验证这一点： ``` $ readelf -W -s ./hello | grep -E '__stack_chk_fail|__intel_security_cookie'      2: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_fail@GLIBC_2.4 (3)     83: 0000000000000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT  UND __stack_chk_fail@@GLIBC_2.4 $ ``` ### 3\. 位置无关可执行文件（PIE） PIE(Position-Independent Executable）的意思是与位置无关的可执行文件。顾名思义，它指的是放置在内存中某处执行的代码，不管其绝对地址的位置，即代码段、数据段地址随机化（ASLR）： ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq | grep pie     "pie": "yes", $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep pie     "pie": "no", ``` 通常，PIE 仅对 库 libraries 启用，并不对独立命令行程序启用 PIE。在下面的输出中，`hello` 显示为 `LSB executable`，而 `libc` 标准库 (`.so`) 文件被标记为 `LSB shared object`： ``` $ file hello hello: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=014b8966ba43e3ae47fab5acae051e208ec9074c, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped $ file /lib64/libc-2.32.so /lib64/libc-2.32.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (GNU/Linux), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=4a7fb374097fb927fb93d35ef98ba89262d0c4a4, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped ``` Checksec 查找是否启用 PIE 的底层命令如下： ``` $ readelf -W -h ./hello | grep EXEC   Type:                              EXEC (Executable file) ``` 如果你在共享库上尝试相同的命令，你将看到 `DYN`，而不是`EXEC`： ``` $ readelf -W -h /lib64/libc-2.32.so | grep DYN   Type:                              DYN (Shared object file) ``` #### 启用 PIE 要在测试程序 `hello.c` 上启用 PIE，请在编译时，使用以下命令： ``` $ gcc -pie -fpie hello.c -o hello` ``` 你可以使用 Checksec，来验证 PIE 是否已启用： ``` $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep pie     "pie": "yes", $ ``` 现在，应该会显示为 PIE 可执行 pie executable ，其类型从 `EXEC` 更改为 `DYN`： ``` $ file hello hello: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=bb039adf2530d97e02f534a94f0f668cd540f940, for GNU/Linux 3.2.0, not stripped $ readelf -W -h ./hello | grep DYN   Type:                              DYN (Shared object file) ``` ### 4\. NX（堆栈禁止执行） NX 代表 不可执行 non-executable 。它通常在 CPU 层面上启用，因此启用 NX 的操作系统可以将某些内存区域标记为不可执行。通常，缓冲区溢出漏洞将恶意代码放在堆栈上，然后尝试执行它。但是，让堆栈这些可写区域变得不可执行，可以防止这种攻击。在使用 `gcc` 对源程序进行编译时，默认启用此安全属性： ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq | grep nx     "nx": "yes", $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep nx     "nx": "yes", ``` Checksec 使用以下底层命令，来确定是否启用了 NX。在尾部的 `RW` 表示堆栈是可读可写的；因为没有 `E`，所以堆栈是不可执行的： ``` $ readelf -W -l ./hello | grep GNU_STACK   GNU_STACK      0x000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x000000 0x000000 RW  0x10 ``` #### 演示如何禁用 NX 我们不建议禁用 NX，但你可以在编译程序时，使用 `-z execstack` 参数，来禁用 NX： ``` $ gcc -z execstack hello.c -o hello $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep nx     "nx": "no", ``` 编译后，堆栈会变为可读可写可执行（`RWE`），允许在堆栈上的恶意代码执行： ``` $ readelf -W -l ./hello | grep GNU_STACK   GNU_STACK      0x000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x000000 0x000000 RWE 0x10 ``` ### 5\. RELRO（GOT写保护） RELRO 代表 重定位只读 Relocation Read-Only 。可执行链接格式 (ELF) 二进制文件使用全局偏移表(GOT)，来动态地解析函数。启用 RELRO 后，会设置二进制文件中的 GOT 表为只读，从而防止重定位攻击： ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq | grep relro     "relro": "full", $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep relro     "relro": "partial", ``` Checksec 使用以下底层命令，来查找是否启用 RELRO。在二进制文件 `hello` 仅启用了 RELRO 属性中的一个属性，因此，在 Checksec 验证时，显示“partial”： ``` $ readelf -W -l ./hello | grep GNU_RELRO   GNU_RELRO      0x002e10 0x0000000000403e10 0x0000000000403e10 0x0001f0 0x0001f0 R   0x1 $ readelf -W -d ./hello | grep BIND_NOW ``` #### 启用 full RELRO 要启用 full RELRO，请在 `gcc` 编译时，使用以下命令行参数： ``` $ gcc -Wl,-z,relro,-z,now hello.c -o hello $ checksec --file=./hello --output=json | jq | grep relro     "relro": "full", ``` 现在， RELRO 中的第二个属性也被启用，使程序变成 full RELRO： ``` $ readelf -W -l ./hello | grep GNU_RELRO   GNU_RELRO      0x002dd0 0x0000000000403dd0 0x0000000000403dd0 0x000230 0x000230 R   0x1 $ readelf -W -d ./hello | grep BIND_NOW  0x0000000000000018 (BIND_NOW)       ``` ### 6\. Fortify Fortify 是另一个安全属性，但它超出了本文的范围。Checksec 是如何在二进制文件中验证 Fortify，以及如何在 `gcc` 编译时启用 Fortify，作为你需要解决的课后练习。 ``` $ checksec --file=/bin/ls --output=json | jq  | grep -i forti     "fortify_source": "yes",     "fortified": "5",     "fortify-able": "17" $ checksec --file=./hello --output=json | jq  | grep -i forti     "fortify_source": "no",     "fortified": "0",     "fortify-able": "0" ``` ## 其他的 Checksec 功能 关于安全性的话题是永无止境的，不可能在本文涵盖所有关于安全性的内容，但我还想提一下 Checksec 命令的一些其他功能，这些功能也很好用。 ### 针对多个二进制文件运行 你不必对每个二进制文件都进行一次 Checksec。相反，你可以提供多个二进制文件所在的目录路径，Checksec 将一次性为你验证所有文件： ``` $ checksec --dir=/usr ```