用eBPF给容器上把安全锁-限制系统调用和网络访问，逃逸？不存在的！

用eBPF给容器上把安全锁-限制系统调用和网络访问，逃逸？不存在的！

各位容器大佬，有没有遇到过这种情况？辛辛苦苦部署的容器，总感觉像在裸奔，心里没底啊！万一被拖出去“斩首示众”，那可就惨了！今天，咱就来聊聊如何用eBPF给你的容器加把安全锁，让它们硬气起来，逃逸？不存在的！

容器安全，痛点在哪？

先别急着抄代码，咱们得先搞清楚，容器安全到底在怕啥？

• 系统调用越权： 容器虽然隔离了，但说到底还是跑在宿主机内核上。如果容器里的进程能随便调用宿主机的系统调用，那不就等于拿到了“尚方宝剑”？想干啥干啥，逃逸简直不要太容易。

• 网络访问失控： 容器的网络流量，默认情况下是可以随意进出的。如果容器里的进程被攻破，那它就能像“肉鸡”一样，疯狂对外发起攻击，或者偷偷摸摸地窃取数据。

• 镜像安全漏洞： 容器镜像本身可能就存在漏洞，比如软件版本过旧、存在已知安全缺陷等等。这些漏洞就像“定时炸弹”，随时可能引爆，让你的容器防不胜防。

所以，容器安全的核心，就是要解决这些问题：限制系统调用、控制网络访问、保障镜像安全。

eBPF：容器安全的瑞士军刀

听起来是不是很复杂？别慌！有了eBPF，这些问题都能迎刃而解。eBPF就像一把“瑞士军刀”，功能强大，灵活多变，能让你在内核里“见缝插针”，实现各种安全策略。

• 什么是eBPF？

  简单来说，eBPF（Extended Berkeley Packet Filter）是一种内核技术，允许你在内核中安全地运行用户自定义的代码，而无需修改内核源码或加载内核模块。你可以把它想象成一个“内核沙箱”，你可以在里面编写各种“小程序”，来监控、过滤、修改内核的行为。

• eBPF的优势：

  • 高性能： eBPF程序运行在内核中，可以避免用户态和内核态之间的频繁切换，性能非常高。
  • 安全： eBPF程序在加载到内核之前，会经过严格的验证，确保程序的安全性，防止恶意代码破坏内核。
  • 灵活： eBPF程序可以hook内核的各种事件，比如系统调用、网络事件等等，可以实现各种复杂的安全策略。

实战：用eBPF打造容器安全策略

说了这么多，咱们来点实际的，看看如何用eBPF来限制容器的系统调用和网络访问。

1. 限制系统调用

我们可以使用eBPF来监控容器的系统调用，并根据预定义的策略，阻止一些敏感的系统调用，比如clone、execve、ptrace等等。这样，即使容器里的进程被攻破，也无法执行一些危险的操作，比如创建新的进程、执行外部命令、调试其他进程等等。

• 实现思路：

  1. 编写eBPF程序，hook sys_enter事件，获取系统调用的ID和参数。
  2. 在eBPF程序中，判断当前进程是否属于某个容器，以及系统调用是否在允许列表中。
  3. 如果系统调用不在允许列表中，则阻止该系统调用的执行。

• 代码示例（简化版）：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR BSD-3-Clause
#include <linux/bpf.h>
#include <bpf/bpf_helpers.h>
#include <bpf/bpf_core_read.h>
#include <linux/sched.h>
 
#define MAX_PID 1024
 
struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
    __uint(key_size, sizeof(int));
    __uint(value_size, sizeof(int));	// Syscall ID
    __uint(max_entries, MAX_PID);
} allowed_syscalls SEC("maps");
 
 
SEC("tracepoint/syscalls/sys_enter_execve")
int sys_enter_execve_fn(void *ctx) {
    int pid = bpf_get_current_pid_tgid() & 0xFFFFFFFF;
    int *syscall_id = bpf_map_lookup_elem(&allowed_syscalls, &pid);
 
    if (syscall_id) {
        bpf_printk("PID %d is executing syscall %d\n", pid, *syscall_id);
        return 0; // Allow the syscall
    }
 
    bpf_printk("PID %d is blocked from executing execve\n", pid);
    return -1; // Block the syscall
}
 
char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";

• 代码解释：

  • allowed_syscalls是一个eBPF map，用于存储允许的系统调用ID。
  • sys_enter_execve_fn是一个eBPF程序，hook sys_enter_execve事件，即execve系统调用入口。
  • 在sys_enter_execve_fn函数中，首先获取当前进程的PID，然后在allowed_syscalls map中查找该PID是否允许执行execve系统调用。
  • 如果允许，则允许执行，否则阻止执行。

• 部署步骤：

  1. 编写eBPF程序，定义允许的系统调用列表。
  2. 使用bcc或libbpf等工具，将eBPF程序编译成BPF bytecode。
  3. 使用bpftool等工具，将BPF bytecode加载到内核中。
  4. 编写用户态程序，将容器的PID和允许的系统调用ID添加到allowed_syscalls map中。

• 注意事项：

  • 允许的系统调用列表需要根据实际情况进行调整，不能过于宽松，也不能过于严格。
  • 需要考虑容器内部进程的依赖关系，避免阻止一些必要的系统调用，导致容器无法正常运行。

2. 控制网络访问

我们可以使用eBPF来监控容器的网络流量，并根据预定义的策略，限制容器的网络访问行为。比如，可以限制容器只能访问特定的IP地址或端口，或者阻止容器对外发起恶意攻击。

• 实现思路：

  1. 编写eBPF程序，hook skb_enqueue或tcp_connect等事件，获取网络流量的信息，比如源IP地址、目标IP地址、端口号等等。
  2. 在eBPF程序中，判断当前流量是否属于某个容器，以及目标IP地址和端口号是否在允许列表中。
  3. 如果目标IP地址和端口号不在允许列表中，则丢弃该流量。

• 代码示例（简化版）：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR BSD-3-Clause
#include <linux/bpf.h>
#include <bpf/bpf_helpers.h>
#include <linux/ip.h>
#include <linux/tcp.h>
 
#define MAX_CIDR 64
 
struct {
    __uint(type, BPF_MAP_TYPE_HASH);
    __uint(key_size, sizeof(struct {
        __u32 ip;
        __u32 mask;
    }));
    __uint(value_size, sizeof(__u8));
    __uint(max_entries, MAX_CIDR);
} allowed_cidrs SEC("maps");
 
static __inline bool is_allowed(__u32 ip) {
    struct {
        __u32 ip;
        __u32 mask;
    } key;
    __u8 *value;
 
    // Iterate through the allowed_cidrs map
    bpf_for_each_map_elem(allowed_cidrs, key, value) {
        if ((ip & key.mask) == (key.ip & key.mask)) {
            return true; // IP is within an allowed CIDR
        }
    }
 
    return false; // IP is not in any allowed CIDR
}
 
SEC("socket/egress")
int handle_egress(struct __sk_buff *skb) {
    void *data_end = (void *)(long)skb->data_end;
    void *data         = (void *)(long)skb->data;
 
    struct iphdr *ip = data;
    if (data + sizeof(*ip) > data_end)
        return 1; // Malformed packet
 
    if (ip->protocol != IPPROTO_TCP)
        return 1; // Not TCP
 
    struct tcphdr *tcp = (void *)(ip + 1);
    if ((void *)(tcp + 1) > data_end)
        return 1; // Malformed TCP header
 
    __u32 dest_ip = bpf_ntohl(ip->daddr);
 
    if (is_allowed(dest_ip)) {
        //bpf_printk("Allowing traffic to IP: %x\n", dest_ip);
        return 1; // Allow traffic
    }
 
    bpf_printk("Blocking traffic to IP: %x\n", dest_ip);
    return 0; // Block traffic
}
 
char LICENSE[] SEC("license") = "Dual BSD/GPL";

• 代码解释：

  • allowed_cidrs是一个eBPF map，用于存储允许访问的IP地址和掩码。
  • handle_egress是一个eBPF程序，hook socket的出口流量。
  • 在handle_egress函数中，首先解析IP头部和TCP头部，获取目标IP地址。
  • 然后，在allowed_cidrs map中查找该IP地址是否允许访问。
  • 如果允许，则允许访问，否则阻止访问。

• 部署步骤：

  1. 编写eBPF程序，定义允许访问的IP地址列表。
  2. 使用bcc或libbpf等工具，将eBPF程序编译成BPF bytecode。
  3. 使用bpftool等工具，将BPF bytecode加载到内核中。
  4. 编写用户态程序，将允许访问的IP地址添加到allowed_cidrs map中。

• 注意事项：

  • 允许访问的IP地址列表需要根据实际情况进行调整，不能过于宽松，也不能过于严格。
  • 需要考虑容器内部进程的网络依赖关系，避免阻止一些必要的网络访问，导致容器无法正常运行。

3. 结合容器运行时

光有eBPF程序还不够，我们需要将这些程序与容器运行时结合起来，才能实现真正的容器安全。比如，我们可以使用containerd或CRI-O等容器运行时提供的API，在容器创建时，自动加载eBPF程序，并设置相应的安全策略。

• 实现思路：

  1. 编写一个容器运行时插件，用于加载eBPF程序和设置安全策略。
  2. 在容器创建时，容器运行时会调用该插件，加载eBPF程序，并将容器的PID和允许的系统调用ID、IP地址等信息传递给eBPF程序。
  3. eBPF程序根据这些信息，对容器的系统调用和网络访问进行限制。

• 优势：

  • 自动化：无需手动加载eBPF程序和设置安全策略，降低了运维成本。
  • 灵活：可以根据不同的容器，设置不同的安全策略，提高了安全性。
  • 可扩展：可以根据实际需求，扩展容器运行时插件的功能，实现更复杂的安全策略。

总结：eBPF，容器安全的未来

总而言之，eBPF为容器安全带来了新的思路和方法。它不仅可以实现传统的安全策略，比如限制系统调用和网络访问，还可以实现更高级的安全功能，比如运行时安全检测、威胁情报分析等等。

当然，eBPF的学习曲线比较陡峭，需要一定的内核知识和编程经验。但是，只要你肯花时间学习，相信你一定能掌握这项强大的技术，为你的容器保驾护航！

希望这篇文章能帮助你了解如何使用eBPF来增强容器的安全性。记住，安全无小事，容器安全更是如此。让我们一起努力，打造更安全的容器环境！