Архитектура файловой системы Linux

Архитектура файловой системы Linux с точки зрения кибербезопасности. Узнайте, как хакеры эксплуатируют файловые системы, основные векторы атак, такие как повышение привилегий и руткиты, а также лучшие практики по защите систем Linux.

Введение в архитектуру файловой системы Linux

Файловая система Linux — критически важный компонент операционной системы, который определяет, как данные хранятся, доступны и управляются. Она следует иерархической структуре каталогов и поддерживает различные файловые системы, каждая из которых оптимизирована для определенных вариантов использования. Понимание файловой системы Linux необходимо системным администраторам, экспертам по кибербезопасности и разработчикам.

Архитектура разделена на две основные части:

1. Пространство пользователя
2. Пространство ядра

Пространство пользователя

Здесь приложения и программы взаимодействуют с файловой системой с помощью системных вызовов.

Пользовательские приложения

• Такие приложения, как текстовые редакторы, браузеры и инструменты безопасности (например, Nmap, Metasploit), взаимодействуют с файлами, хранящимися в файловой системе Linux.
• Вредоносное ПО или эксплойты могут манипулировать доступом к файлам через уязвимости в пользовательских приложениях.

Библиотека GNU C (glibc)

• Выступает в качестве посредника между пользовательскими приложениями и интерфейсом системных вызовов.
• Предоставляет стандартные API для системных вызовов (например, open(), read(), write(), close()).
• Злоумышленники часто используют уязвимости в glibc (например, переполнение буфера) для выполнения произвольного кода.

Пространство ядра

Это ядро ​​файловой системы Linux, отвечающее за хранение, доступ и безопасность.

Интерфейс системного вызова

• Преобразует запросы пользовательского пространства в операции уровня ядра.
• Такие системные вызовы execve()обычно становятся целью атак с целью повышения привилегий.

Виртуальная файловая система (VFS)

• Выступает в качестве уровня абстракции для различных файловых систем (ext4, NTFS, FAT32).
• Обеспечивает равномерный доступ независимо от базового формата хранения.
• Злоумышленники часто используют VFS для манипулирования разрешениями файловой системы.

Кэш инодов и кэш каталогов

• Кэш инода : хранит метаданные (например, размер файла, владельца, разрешения).Злоумышленники могут изменять inode, чтобы изменить владельца файла ( chown) или разрешения ( chmod).
  
• Кэш каталогов : ускоряет поиск в каталогах.Вредоносное ПО может манипулировать кэшами каталогов, чтобы скрыть файлы ( rootkits).
  

Отдельные файловые системы

• Выполняет определенные операции файловой системы (например, журналирование в ext4).
• Такие эксплойты, как «dirty COW» (CVE-2016-5195), нацелены на уязвимости файловой системы.

Буферный кэш

• Временно сохраняет часто используемые данные для повышения производительности.
• Злоумышленники могут манипулировать буферными кэшами для сохранения вредоносных данных.

Драйверы устройств

• Интерфейсы между аппаратными хранилищами (жесткие диски, твердотельные накопители, USB-накопители) и файловой системой.
• Атаки на основе USB (например, BadUSB ) используют уязвимости в драйверах устройств.

Последствия кибербезопасности и векторы атак

1. Повышение привилегий — использование системных вызовов для получения доступа root.
2. Руткиты и скрытые файлы – Манипулирование кэшем inode и кэшем каталогов.
3. Атаки программ-вымогателей — шифрование файлов и манипулирование файловой системой.
4. Криминалистические расследования — анализ изменений файловой системы для обнаружения киберугроз.
5. Мониторинг целостности файлов (FIM) — такие инструменты, как Tripwire, обнаруживают несанкционированные изменения файлов.

Заключение

Понимание архитектуры файловой системы Linux помогает этичным хакерам и экспертам по кибербезопасности:

• Безопасный доступ к файлам и предотвращение несанкционированных изменений.
• Обнаружение вредоносного ПО, использующего уязвимости файловой системы.
• Внедрить надежные методы криминалистики для расследования киберинцидентов.

Часто задаваемые вопросы:

1. Какова роль виртуальной файловой системы (VFS) в Linux?
   Виртуальная файловая система (VFS) действует как уровень абстракции, который позволяет Linux поддерживать несколько файловых систем (ext4, NTFS, FAT32) без проблем. Она стандартизирует файловые операции, упрощая взаимодействие приложений с различными типами хранилищ.
2. Как хакеры скрывают файлы в Linux?
   Киберпреступники используют:
   Руткиты для изменения inode и кэша каталогов.
   Скрытые файлы (dotfiles) — файлы с префиксом .скрыты по умолчанию.
   Атаки с использованием символических ссылок — перенаправление критически важных системных файлов на вредоносные скрипты.
3. Как обнаружить несанкционированные изменения файловой системы?
   Используйте инструменты мониторинга целостности файлов (FIM) , такие как:
   Tripwire — обнаруживает изменения файлов и оповещает администраторов.
   AIDE (Advanced Intrusion Detection Environment) — проверяет файлы на наличие несанкционированных изменений.
   Chkrootkit и rkhunter — сканирует на наличие скрытых руткитов.
4. Как системные вызовы Linux влияют на безопасность?
   Системные вызовы (например, execve(), open(), read(), write()) управляют доступом к файлам. Злоумышленники используют уязвимые системные вызовы для:
   Внедрения вредоносного кода (атаки переполнения буфера).
   Повышения привилегий (например, «грязный COW» (CVE-2016-5195) ).
5. Как киберпреступники используют драйверы устройств?
   Злоумышленники используют уязвимые драйверы устройств для:
   Выполнения вредоносного кода в пространстве ядра.
   Использования атак BadUSB для компрометации внешних устройств хранения данных.
   Эксплуатации неисправленных драйверов для получения root-доступа.
6. Как защитить файловую систему Linux от киберугроз?
   Следуйте этим рекомендациям:
   Используйте надежные разрешения для файлов ( chmod, chown, umask).
   Включите SELinux или AppArmor для расширенного контроля доступа.
   Регулярно обновляйте ядро ​​и драйверы файловой системы .
   Используйте шифрование файловой системы (LUKS, eCryptfs) для защиты конфиденциальных данных.
   Отслеживайте журналы ( /var/log/syslog, /var/log/auth.log) на предмет необычной активности.