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字符设备安全、权限与故障排查

字符设备安全、权限与故障排查

1. 攻击面

字符设备可直接承载：

  • ioctl命令解析；
  • user pointer；
  • 任意长度buffer；
  • MMIO/mmap；
  • DMA；
    -固件命令；
  • 密钥和随机数；
  • power/reset；
  • host/hypervisor输入。

Device node是内核攻击面的入口，不是普通文件。

2. 权限

组合使用：

  • devtmpfs/udev mode和group；
  • capability；
  • SELinux/AppArmor；
  • cgroup device policy；
  • namespace设备映射；
  • seccomp限制ioctl；
  • module/Kconfig最小化。

不要依赖应用“不会调用危险ioctl”。

3. User Copy

原则：

  • 先复制固定header；
  • 验证version、size、count；
  • 检查乘加溢出；
  • 设全局上限；
  • 再分配；
  • 再复制payload；
  • 输出结构先清零，防内核padding泄露。

TOCTOU敏感结构应一次复制到内核buffer，不反复读取user memory。

4. Ioctl ABI

稳定ABI应：

  • 使用__u32/__u64；
  • 避免裸pointer和long；
  • 保留reserved字段；
  • 明确endianness；
  • 支持版本/size扩展；
  • 实现compat；
  • 未知flags返回错误。

5. Mmap

验证：

  • offset/length；
  • page alignment；
  • overflow；
  • resource范围；
  • cache attributes；
  • writable权限；
  • VMA生命周期。

映射物理MMIO应要求明确capability，且不能越过设备resource。

6. DMA

用户提供长度、offset和descriptor时：

  • pin/map页数上限；
  • IOMMU；
  • DMA direction；
  • 同步；
  • completion后才unmap；
  • remove/reset取消DMA；
  • 防止设备访问已释放user page。

7. Random和TPM

  • 应用使用getrandom()而非直接信任/dev/hwrng；
  • HWRNG quality需硬件依据；
  • TPM node权限不能替代TPM policy；
  • event log和PCR需联合验证；
  • 不在日志中输出随机seed、密钥或TPM auth。

8. /dev/mem和kmsg

量产建议：

  • STRICT_DEVMEM；
  • 限制/关闭DEVMEM；
  • dmesg_restrict=1；
  • 控制/dev/kmsg写；
  • 容器不映射；
  • 禁止/dev/mem作为正式驱动替代。

9. 基础排障

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cat /proc/devices
ls -l /dev
udevadm info /dev/<node>
readlink /sys/dev/char/<major>:<minor>/device
cat /sys/dev/char/<major>:<minor>/uevent
dmesg -w

确认：

  1. Kconfig；
  2. driver已注册；
  3. device probe成功；
  4. cdev/misc注册成功；
  5. devtmpfs/udev创建node；
  6. major/minor匹配；
  7. LSM/权限；
  8. open后的硬件状态。

10. Strace

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strace -yy -e openat,read,write,ioctl,mmap,poll ./app

区分：

  • ENOENT：node不存在；
  • ENODEV/ENXIO：driver/实例无效；
  • EACCES/EPERM：权限；
  • EAGAIN：nonblock无数据；
  • ERESTARTSYS/EINTR：signal；
  • ETIMEDOUT：硬件/协议；
  • EFAULT：user pointer。

11. Dynamic Debug

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echo 'file drivers/char/* +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
echo 'file drivers/char/hw_random/* +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
echo 'file drivers/char/tpm/* +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

随机数、TPM和管理消息日志可能敏感，调试后关闭。

12. 产品裁剪

保留实际使用的mem/random/misc、Rockchip HWRNG和必要TPM transport；关闭AGP、PCMCIA、并口、IPMI、Xillybus和legacy平台驱动，除非硬件明确需要。

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