Linux Security Modules

Linux Security Modules  はGNU/Linuxにおいて、任意の1つのセキュリティ実装のみをサポートすることを回避し、同時に様々なコンピュータセキュリティモデルをサポートするためLinuxカーネルに追加されたフレームワークである。GNU General Public Licenseの条項に従いライセンスされ、Linuxカーネルバージョン2.6の標準的な機能の一部となっている。AppArmor、Security-Enhanced Linux 、Simplified Mandatory Access Control Kernelそして TOMOYO Linuxは現在メインラインカーネルに存在するLSMベースのセキュリティモジュールである。

カーネルソースコードディレクトリのトップにあるsecurity/というディレクトリの下にカーネル内処理に関するサブルーチン群が、include/linux/security.hヘッダファイルに主要な関数・構造体のプロトタイプ宣言や有益なマクロ、インライン関数がある。

名称より誤解を受けることが多いが、2011年現在におけるLSMはローダブル・カーネル・モジュール  ではなく、カーネル内に静的にリンクされる。またLSMの上に実装される各種セキュリティモジュールは以前はLKMとして実装可能であったが、現在では原則不可能である。

"Linux Security Module"と呼称する文書・Webページが散見されるが、正しくはLinux Security Modulesである。

1. 設計
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LSMは、Linuxカーネルへの変更を可能な限り抑えつつ、強制アクセス制御をうまく実装するためのあらゆる機能を提供するという、特定の用途のために設計された。LSMはSystraceのようなシステムコールへの干渉  のアプローチを取ることを避ける。なぜならば、そのようなツールはマルチプロセッサシステムにおけるスケーラビリティに欠け、Time-of-check-to-time-of-use攻撃に脆弱である。代わりにLSMは、ユーザ空間ツールが最終的にinodeやタスク制御ブロック  のような重要な内部カーネルオブジェクトにアクセスする際のカーネル内のすべての呼び出し箇所に「フック」を挿入する。

プロジェクトはメインストリームカーネルへの巨大かつ複雑な変更は避けるため、アクセス制御の問題解決のスコープに限定している。LSMは一般的な「フック」すなわち「上位呼び出し」のメカニズムを意図しているのではなく、オペレーティングシステムレベルの仮想化をサポートするものでもない。

従来からLinux環境で利用されてきたセキュリティモジュールPluggable authentication module  はユーザー認証やパーミッション制御のみに特化しているが、LSMはそれよりもカバーする範囲は広い。

LSMのアクセス制御の目標はシステム監査  の問題と非常に近い関連性があるが少し相違点もある。監査はアクセス試行を全てを記録するということを要求する。LSMはそのようなことは実現しない。なぜなら、カーネル内の「ちょっとした回り道」によるシステムコール失敗を検知し、関連する重要オブジェクトが取得される前にエラーコードを返すには、さらに非常に多くのフックが必要となるためである。

LSMの設計はUSENIX Security 2002において論文//Linux Security Modules: General Security Support for the Linux Kernel//と言う形で発表された。同じカンファレンスにおいて、//Using CQUAL for Static Analysis of Authorization Hook Placement//という、必要なすべてのフックが実際にカーネルに挿入されたことを検証するカーネルソースコードの静的な自動解析に関する研究論文も発表されている。

2. 歴史
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2001年のLinuxカーネルサミットにおいて、NSAはSecurity-Enhanced Linux  をLinuxカーネルバージョン2.5に含めるよう提案した。リーナスはその時点ではSELinuxの統合を拒否した。なぜなら彼は開発中の様々なセキュリティプロジェクトが存在することを知っており、それらは全て異なっているため、セキュリティコミュニティは上位のセキュリティモデルを構築するコンセンサスを未だ形成していなかったためである。代わりにリーナスはセキュリティコミュニティにセキュリティモデルの「モジュール化」を実施するよう要求した。

それに対する返答として、クリスピン・コーワンはローダブル・カーネル・モジュールにアクセス制御を強制するためLSMというLinuxカーネル内部からモジュールへの十分な「フック」を供給する、カーネルのインタフェースを提案した。向こう2年をかけ、LSMの開発は、Immunix、NSA、 マカフィー、IBM、 SGIからの大部分の貢献を含み、またこれら企業と多くの独立した貢献者により新設されたLSMコミュニティによって主導された。LSMは最終的にはメインストリームカーネルへの受け入れを承認され、2003年12月にLinuxカーネルバージョン2.6の標準機能の一部として取り込まれた。

2006年、一部のカーネル開発者がメインストリームのLinuxカーネルソースツリーにおいてLSMを広範に使用しているモジュールはSELinuxのみであることに気づいた。仮にSELinuxのみがLSMを広範に使用するモジュールならば、LSMの間接的な処理は不要であり、LSMは削除されSELinux自身に取って代わるべきであることは理解され得た。しかしながら、メインストリームカーネルツリー外でメンテナンスされ、未だ含まれないその他のLSMモジュールが当時あった。LSMが存在しなければこれらのメインストリームカーネルツリーへのマージはより困難、もしくは不可能となってしまう。またSELinux開発者の中には、AppArmorがファイルパス名ベースのアクセス制御であることに対し、ラベルベースのアクセス制御であるSELinuxの方が「ファイルなどという常にコロコロ変わるものをベースにする実装より厳密かつ優位に立つ」と主張する者もいた。この議論は2つの結果にたどり着いた。

これらのモジュールの開発者は各自のモジュールをメインストリームカーネルに統合できるよう努力し始めた。
2006年のカーネルサミットにおいてリーナスは今後もLSMを存置することを再度主張した。彼は最善のセキュリティモデルが何であるかといった議論の仲裁などしたくなかったからである。これによりもう一つの追加のセキュリティモジュールであるTOMOYO Linuxが2009年6月、メインラインカーネル バージョン2.6.30に統合されるまでLSMは存続することが出来た。

注意すべきことに、LSMを利用して実装されたセキュリティモジュールはカーネル内に互いに共存できるが、同時実行できない。例えば、SELinuxとTOMOYO Linuxはカーネルコンフィグレーションで両方をYesに選択、カーネル内に両者をリンクできるが、実行時にはどちらか一方のみしか有効化することができず、またその方法は起動時のカーネルパラメータにどのセキュリティモジュールを使用するか指定することとなる。Linuxカーネルバージョン2.6.24以前は、上述のとおり完全な強制アクセス制御を持つセキュリティモジュールをLKMとして実装可能だったが、このバージョン以降、特殊な回避方法を用いない限り、LKMとしてはセキュリティモジュールを実装できなくなった。そのような特殊な回避方法を用いたモジュールにTOMOYO Linuxの開発者である半田哲夫が作成したAKARIがある。

3. 批判
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一部のLinuxカーネル開発者はLSMを様々な理由で嫌っている。LSMは、とりわけモジュールが何もロードされない場合において、可能な限りオーバーヘッドを最小限に留めようとするが、そのコストはゼロではなく、この点に反感を持っているLinux開発者もいる。現時点ではLSMはアクセス制御機能提供のためのみに設計されているが、その他の利用方法でLSMを使用することを実際には妨げてはいない。そのため、他の使用目的により「乱用」される可能性、とりわけ、通常はカーネルへのアクセス可能な機能が限定されている、GPLでライセンスされていないプロプライエタリなモジュールがそれらにアクセスする目的でLSMを使いバイパス出来てしまう点を一部のLinuxカーネル開発者は嫌っている。「乱用」の例としては、本来のセキュリティフレームワークとしての役割ではなく特権的なケーパビリティを作成するために専ら利用する、"Realtime LSM"なるモジュールが以前あった。Realtime LSMはレイテンシ低減に役立つため、一時期アンドリュー・モートンの管理するmmツリーにマージされ、Linuxをデジタル・オーディオ・ワークステーションとして使用するユーザーの間では特に利用されていたが、LSMを使用するモジュールがLKMとして実装できなくなったカーネルバージョン2.6.24からは最早利用できない。

コンピュータセキュリティ技術者であっても同様にLSMを嫌っている場合がある。grsecurityの作者は歴史的な理由もあり、次のような理由でLSMを嫌悪している。LSMは必要とするすべてのシンボルをエクスポートするが、この中にはセキュリティモジュールと同様の処理でルートキットのような有害なモジュールの挿入を許すことにつながるものがある。RSBACの作者もRSBACが必要とするものに対してLSMが不完全であるため嫌っている。とりわけRSBACの作者は次のような主張をしている。「LSMは追加的、制限的アクセス制御のみが実装されているが、RSBACシステムは多くの追加機能を提供する。例えば、シンボリックリンクリダイレクション、secure_delete、Linuxの部分的任意アクセス制御無効化機能がそれに当たる。これらは全てRSBACプロジェクト独自のパッチによりカーネルの機能追加を行わなければならない。」Dazukoの作者は次のような主張をしていた。メインラインカーネルツリーに未だ取り込まれず、ツリー外部におけるメンテナンス作業をする限り、LSMのAPIを実装目標とすることは、常にそのターゲットが変化することに等しい。なぜならLSMに限らずカーネルのAPIはリリースの度に変化するからである。とはいえ、これはリーナスが管理するメインストリームカーネルツリーに含まれない全てのカーネルモジュール、デバイスドライバにも当てはまる話である。ちなみにDazukoはファイルシステムスキャンの名目でファイルシステムへのアクセス制御を行うデバイスドライバである。このドライバを使用すると、ファイルシステムのロギングやモニタリングを行うことが可能となる。バージョン2まではデバイスドライバであったが、ファイルシステムへのアクセスのみを行うことから、バージョン3以降からは完全なファイルシステムとなっている。バージョン2まではLSMを使用するかまたはシステムコールの独自フックを有効化するかコンパイル時に決定できたが、バージョン3からはLSMを直接利用していない。バージョン3はLSM挿入済みのLinux VFS
を使用していることから間接的にはLSMを使用していることになるが、それは「LSMの上に実装するセキュリティモジュール」という意味を成さず、Linuxでサポートされているその他のファイルシステムと全く同等であるという意味しかない。

4. 脚注
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4.1. 注釈
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4.2. 出典
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5. 関連項目
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セキュアOS
強制アクセス制御
Security-Enhanced Linux
TOMOYO Linux
AppArmor
Simplified Mandatory Access Control Kernel 
Dazuko

6. 外部リンク
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[1]
[2]
セキュリティ・サブシステムメンテナの一人であるレッドハットのジェームス・モリス  によりメンテナンスされるカーネルソースコードのGitツリー。Linux Kernel Mailing Listにて提案された新しいセキュリティモジュールは彼を含めたセキュリティ・サブシステム・メンテナーたちに承認されるとまずはこのツリーにコードが投入される。ちなみに彼は2006年とSmackに対する2007年の論争時、LSM削除を最初に提案した開発者でもある。
[3] 
[4]
BSD Secure Levelsは2005年、IBMによりLSM上に実装されたセキュリティモジュール。2006年のLSM削除論争においては、このBSD Secure Levelsが使用に耐えないことも非難されている。BSD Secure Levelsは一度はリーナスのメインストリームツリーにマージされたにもかかわらず、結果としてツリーから削除された。[5]
[6]
[7] クリス・ライト 、クリスピン・コーワン、スティーヴン・スマレー、ジェームス・モリス、グレッグ・クロー＝ハートマン、以上のLinuxカーネル開発者による論文。
[8]カーネルバージョン2.6.20における、システムコールとの対応表。
[9] アットマーク・アイティ、ITmedia
[10] アットマーク・アイティ、ITmedia
[11] アットマーク・アイティ、ITmedia
[12] アットマーク・アイティ、ITmedia
[13] アットマーク・アイティ、ITmedia
[14] SourceForge.JP Magazine
[15] IBM dW
[16] Linuxカーネルバージョン2.6からは以前からあったケーバビリティをLSMを用いて実装し直している。