src/box.c

   1 /*
   2  *      A Simple Testing Sandbox
   3  *
   4  *      (c) 2001 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  */
   6
   7 #define _LARGEFILE64_SOURCE
   8 #define _GNU_SOURCE
   9
  10 #include <errno.h>
  11 #include <stdio.h>
  12 #include <fcntl.h>
  13 #include <stdlib.h>
  14 #include <string.h>
  15 #include <stdarg.h>
  16 #include <unistd.h>
  17 #include <getopt.h>
  18 #include <time.h>
  19 #include <sys/wait.h>
  20 #include <sys/user.h>
  21 #include <sys/time.h>
  22 #include <sys/ptrace.h>
  23 #include <sys/signal.h>
  24 #include <sys/sysinfo.h>
  25 #include <sys/syscall.h>
  26 #include <sys/resource.h>
  27
  28 #define NONRET __attribute__((noreturn))
  29 #define UNUSED __attribute__((unused))
  30
  31 static int filter_syscalls;             /* 0=off, 1=liberal, 2=totalitarian */
  32 static int timeout;
  33 static int pass_environ;
  34 static int use_wall_clock;
  35 static int file_access;
  36 static int verbose;
  37 static int memory_limit;
  38 static char *redir_stdin, *redir_stdout;
  39
  40 static pid_t box_pid;
  41 static int is_ptraced;
  42 static volatile int timer_tick;
  43 static time_t start_time;
  44 static int ticks_per_sec;
  45
  46 #if defined(__GLIBC__) && __GLIBC__ == 2 && __GLIBC_MINOR__ > 0
  47 /* glibc 2.1 or newer -> has lseek64 */
  48 #define long_seek(f,o,w) lseek64(f,o,w)
  49 #else
  50 /* Touching clandestine places in glibc */
  51 extern loff_t llseek(int fd, loff_t pos, int whence);
  52 #define long_seek(f,o,w) llseek(f,o,w)
  53 #endif
  54
  55 static void NONRET
  56 box_exit(void)
  57 {
  58   if (box_pid > 0)
  59     {
  60       if (is_ptraced)
  61         ptrace(PTRACE_KILL, box_pid);
  62       kill(-box_pid, SIGKILL);
  63       kill(box_pid, SIGKILL);
  64     }
  65   exit(1);
  66 }
  67
  68 static void NONRET __attribute__((format(printf,1,2)))
  69 die(char *msg, ...)
  70 {
  71   va_list args;
  72   va_start(args, msg);
  73   vfprintf(stderr, msg, args);
  74   fputc('\n', stderr);
  75   box_exit();
  76 }
  77
  78 static void __attribute__((format(printf,1,2)))
  79 log(char *msg, ...)
  80 {
  81   va_list args;
  82   va_start(args, msg);
  83   if (verbose)
  84     {
  85       vfprintf(stderr, msg, args);
  86       fflush(stderr);
  87     }
  88   va_end(args);
  89 }
  90
  91 static void
  92 valid_filename(unsigned long addr)
  93 {
  94   char namebuf[4096], *p, *end;
  95   static int mem_fd;
  96
  97   if (!file_access)
  98     die("File access forbidden.");
  99   if (file_access >= 9)
 100     return;
 101
 102   if (!mem_fd)
 103     {
 104       sprintf(namebuf, "/proc/%d/mem", (int) box_pid);
 105       mem_fd = open(namebuf, O_RDONLY);
 106       if (mem_fd < 0)
 107         die("open(%s): %m", namebuf);
 108     }
 109   p = end = namebuf;
 110   do
 111     {
 112       if (p >= end)
 113         {
 114           int remains = PAGE_SIZE - (addr & (PAGE_SIZE-1));
 115           int l = namebuf + sizeof(namebuf) - end;
 116           if (l > remains)
 117             l = remains;
 118           if (!l)
 119             die("Access to file with name too long.");
 120           if (long_seek(mem_fd, addr, SEEK_SET) < 0)
 121             die("long_seek(mem): %m");
 122           remains = read(mem_fd, end, l);
 123           if (remains < 0)
 124             die("read(mem): %m");
 125           if (!remains)
 126             die("Access to file with name out of memory.");
 127           end += l;
 128           addr += l;
 129         }
 130     }
 131   while (*p++);
 132
 133   log("[%s] ", namebuf);
 134   if (file_access >= 3)
 135     return;
 136   if (!strchr(namebuf, '/') && strcmp(namebuf, ".."))
 137     return;
 138   if (file_access >= 2)
 139     {
 140       if ((!strncmp(namebuf, "/etc/", 5) ||
 141            !strncmp(namebuf, "/lib/", 5) ||
 142            !strncmp(namebuf, "/usr/lib/", 9))
 143           && !strstr(namebuf, ".."))
 144         return;
 145       if (!strcmp(namebuf, "/dev/null") ||
 146           !strcmp(namebuf, "/dev/zero") ||
 147           !strcmp(namebuf, "/proc/meminfo") ||
 148           !strcmp(namebuf, "/proc/self/stat") ||
 149           !strncmp(namebuf, "/usr/share/zoneinfo/", 20))
 150         return;
 151     }
 152   die("Forbidden access to file `%s'.", namebuf);
 153 }
 154
 155 static int
 156 valid_syscall(struct user *u)
 157 {
 158   switch (u->regs.orig_eax)
 159     {
 160     case SYS_execve:
 161       {
 162         static int exec_counter;
 163         return !exec_counter++;
 164       }
 165     case SYS_open:
 166     case SYS_creat:
 167     case SYS_unlink:
 168     case SYS_oldstat:
 169     case SYS_access:
 170     case SYS_oldlstat:
 171     case SYS_truncate:
 172     case SYS_stat:
 173     case SYS_lstat:
 174     case SYS_truncate64:
 175     case SYS_stat64:
 176     case SYS_lstat64:
 177       valid_filename(u->regs.ebx);
 178       return 1;
 179     case SYS_exit:
 180     case SYS_read:
 181     case SYS_write:
 182     case SYS_close:
 183     case SYS_lseek:
 184     case SYS_getpid:
 185     case SYS_getuid:
 186     case SYS_oldfstat:
 187     case SYS_dup:
 188     case SYS_brk:
 189     case SYS_getgid:
 190     case SYS_geteuid:
 191     case SYS_getegid:
 192     case SYS_dup2:
 193     case SYS_ftruncate:
 194     case SYS_fstat:
 195     case SYS_personality:
 196     case SYS__llseek:
 197     case SYS_readv:
 198     case SYS_writev:
 199     case SYS_getresuid:
 200     case SYS_pread:
 201     case SYS_pwrite:
 202     case SYS_ftruncate64:
 203     case SYS_fstat64:
 204     case SYS_fcntl:
 205     case SYS_fcntl64:
 206     case SYS_mmap:
 207     case SYS_munmap:
 208     case SYS_ioctl:
 209     case SYS_uname:
 210       return 1;
 211     case SYS_time:
 212     case SYS_alarm:
 213     case SYS_pause:
 214     case SYS_signal:
 215     case SYS_fchmod:
 216     case SYS_sigaction:
 217     case SYS_sgetmask:
 218     case SYS_ssetmask:
 219     case SYS_sigsuspend:
 220     case SYS_sigpending:
 221     case SYS_getrlimit:
 222     case SYS_getrusage:
 223     case SYS_gettimeofday:
 224     case SYS_select:
 225     case SYS_readdir:
 226     case SYS_setitimer:
 227     case SYS_getitimer:
 228     case SYS_sigreturn:
 229     case SYS_mprotect:
 230     case SYS_sigprocmask:
 231     case SYS_getdents:
 232     case SYS_getdents64:
 233     case SYS__newselect:
 234     case SYS_fdatasync:
 235     case SYS_mremap:
 236     case SYS_poll:
 237     case SYS_getcwd:
 238     case SYS_nanosleep:
 239     case SYS_rt_sigreturn:
 240     case SYS_rt_sigaction:
 241     case SYS_rt_sigprocmask:
 242     case SYS_rt_sigpending:
 243     case SYS_rt_sigtimedwait:
 244     case SYS_rt_sigqueueinfo:
 245     case SYS_rt_sigsuspend:
 246     case SYS_mmap2:
 247     case SYS__sysctl:
 248       return (filter_syscalls == 1);
 249     default:
 250       return 0;
 251     }
 252 }
 253
 254 static void
 255 signal_alarm(int unused UNUSED)
 256 {
 257   /* Time limit checks are synchronous, so we only schedule them there. */
 258   timer_tick = 1;
 259   alarm(1);
 260 }
 261
 262 static void
 263 signal_int(int unused UNUSED)
 264 {
 265   /* Interrupts are fatal, so no synchronization requirements. */
 266   die("Interrupted.");
 267 }
 268
 269 static void
 270 check_timeout(void)
 271 {
 272   int sec;
 273
 274   if (use_wall_clock)
 275     sec = time(NULL) - start_time;
 276   else
 277     {
 278       char buf[4096], *x;
 279       int c, utime, stime;
 280       static int proc_status_fd;
 281       if (!proc_status_fd)
 282         {
 283           sprintf(buf, "/proc/%d/stat", (int) box_pid);
 284           proc_status_fd = open(buf, O_RDONLY);
 285           if (proc_status_fd < 0)
 286             die("open(%s): %m", buf);
 287         }
 288       lseek(proc_status_fd, 0, SEEK_SET);
 289       if ((c = read(proc_status_fd, buf, sizeof(buf)-1)) < 0)
 290         die("read on /proc/$pid/stat: %m");
 291       if (c >= (int) sizeof(buf) - 1)
 292         die("/proc/$pid/stat too long");
 293       buf[c] = 0;
 294       x = buf;
 295       while (*x && *x != ' ')
 296         x++;
 297       while (*x == ' ')
 298         x++;
 299       if (*x++ != '(')
 300         die("proc syntax error 1");
 301       while (*x && (*x != ')' || x[1] != ' '))
 302         x++;
 303       while (*x == ')' || *x == ' ')
 304         x++;
 305       if (sscanf(x, "%*c %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %*d %d %d", &utime, &stime) != 2)
 306         die("proc syntax error 2");
 307       sec = (utime + stime)/ticks_per_sec;
 308     }
 309   if (verbose > 1)
 310     fprintf(stderr, "[timecheck: %d seconds]\n", sec);
 311   if (sec > timeout)
 312     die("Time limit exceeded.");
 313 }
 314
 315 static void
 316 boxkeeper(void)
 317 {
 318   int syscall_count = 0;
 319   struct sigaction sa;
 320
 321   is_ptraced = 1;
 322   bzero(&sa, sizeof(sa));
 323   sa.sa_handler = signal_int;
 324   sigaction(SIGINT, &sa, NULL);
 325   start_time = time(NULL);
 326   ticks_per_sec = sysconf(_SC_CLK_TCK);
 327   if (ticks_per_sec <= 0)
 328     die("Invalid ticks_per_sec!");
 329   if (timeout)
 330     {
 331       sa.sa_handler = signal_alarm;
 332       sigaction(SIGALRM, &sa, NULL);
 333       alarm(1);
 334     }
 335   for(;;)
 336     {
 337       struct rusage rus;
 338       int stat;
 339       pid_t p;
 340       if (timer_tick)
 341         {
 342           check_timeout();
 343           timer_tick = 0;
 344         }
 345       p = wait4(box_pid, &stat, WUNTRACED, &rus);
 346       if (p < 0)
 347         {
 348           if (errno == EINTR)
 349             continue;
 350           die("wait4: %m");
 351         }
 352       if (p != box_pid)
 353         die("wait4: unknown pid %d exited!", p);
 354       if (WIFEXITED(stat))
 355         {
 356           struct timeval total;
 357           int wall;
 358           box_pid = 0;
 359           if (WEXITSTATUS(stat))
 360             die("Exited with error status %d.", WEXITSTATUS(stat));
 361           timeradd(&rus.ru_utime, &rus.ru_stime, &total);
 362           wall = time(NULL) - start_time;
 363           if ((use_wall_clock ? wall : total.tv_sec) > timeout)
 364             die("Time limit exceeded (after exit).");
 365           fprintf(stderr, "OK (%d sec real, %d sec wall, %d syscalls)\n", (int) total.tv_sec, wall, syscall_count);
 366           exit(0);
 367         }
 368       if (WIFSIGNALED(stat))
 369         {
 370           box_pid = 0;
 371           die("Caught fatal signal %d.", WTERMSIG(stat));
 372         }
 373       if (WIFSTOPPED(stat))
 374         {
 375           int sig = WSTOPSIG(stat);
 376           if (sig == SIGTRAP)
 377             {
 378               struct user u;
 379               static int stop_count = -1;
 380               if (ptrace(PTRACE_GETREGS, box_pid, NULL, &u) < 0)
 381                 die("ptrace(PTRACE_GETREGS): %m");
 382               stop_count++;
 383               if (!stop_count)                  /* Traceme request */
 384                 log(">> Traceme request caught\n");
 385               else if (stop_count & 1)          /* Syscall entry */
 386                 {
 387                   log(">> Syscall %3ld (%08lx,%08lx,%08lx) ", u.regs.orig_eax, u.regs.ebx, u.regs.ecx, u.regs.edx);
 388                   syscall_count++;
 389                   if (!valid_syscall(&u))
 390                     {
 391                       /*
 392                        * Unfortunately, PTRACE_KILL kills _after_ the syscall completes,
 393                        * so we have to change it to something harmless (e.g., an undefined
 394                        * syscall) and make the program continue.
 395                        */
 396                       unsigned int sys = u.regs.orig_eax;
 397                       u.regs.orig_eax = 0xffffffff;
 398                       if (ptrace(PTRACE_SETREGS, box_pid, NULL, &u) < 0)
 399                         die("ptrace(PTRACE_SETREGS): %m");
 400                       die("Forbidden syscall %d.", sys);
 401                     }
 402                 }
 403               else                                      /* Syscall return */
 404                 log("= %ld\n", u.regs.eax);
 405               ptrace(PTRACE_SYSCALL, box_pid, 0, 0);
 406             }
 407           else if (sig != SIGSTOP && sig != SIGXCPU && sig != SIGXFSZ)
 408             {
 409               log(">> Signal %d\n", sig);
 410               ptrace(PTRACE_SYSCALL, box_pid, 0, sig);
 411             }
 412           else
 413             die("Received signal %d.", sig);
 414         }
 415       else
 416         die("wait4: unknown status %x, giving up!", stat);
 417     }
 418 }
 419
 420 static void
 421 box_inside(int argc, char **argv)
 422 {
 423   struct rlimit rl;
 424   char *args[argc+1];
 425   char *env[1] = { NULL };
 426
 427   memcpy(args, argv, argc * sizeof(char *));
 428   args[argc] = NULL;
 429   if (redir_stdin)
 430     {
 431       close(0);
 432       if (open(redir_stdin, O_RDONLY) != 0)
 433         die("open(\"%s\"): %m", redir_stdin);
 434     }
 435   if (redir_stdout)
 436     {
 437       close(1);
 438       if (open(redir_stdout, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666) != 1)
 439         die("open(\"%s\"): %m", redir_stdout);
 440     }
 441   close(2);
 442   dup(1);
 443   setpgrp();
 444   if (memory_limit)
 445     {
 446       rl.rlim_cur = rl.rlim_max = memory_limit * 1024;
 447       if (setrlimit(RLIMIT_AS, &rl) < 0)
 448         die("setrlimit: %m");
 449     }
 450   rl.rlim_cur = rl.rlim_max = 64;
 451   if (setrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rl) < 0)
 452     die("setrlimit: %m");
 453   if (filter_syscalls && ptrace(PTRACE_TRACEME) < 0)
 454     die("ptrace(PTRACE_TRACEME): %m");
 455   execve(args[0], args, (pass_environ ? environ : env));
 456   die("execve(\"%s\"): %m", args[0]);
 457 }
 458
 459 static void
 460 usage(void)
 461 {
 462   fprintf(stderr, "Invalid arguments!\n");
 463   printf("\
 464 Usage: box [<options>] -- <command> <arguments>\n\
 465 \n\
 466 Options:\n\
 467 -a <level>\tSet file access level (0=none, 1=cwd, 2=/etc,/lib,..., 3=whole fs, 9=no checks; needs -f)\n\
 468 -c <dir>\tChange directory to <dir> first\n\
 469 -e\t\tPass full environment of parent process\n\
 470 -f\t\tFilter system calls (-ff=very restricted)\n\
 471 -i <file>\tRedirect stdin from <file>\n\
 472 -m <size>\tLimit address space to <size> KB\n\
 473 -o <file>\tRedirect stdout to <file>\n\
 474 -t <time>\tStop after <time> seconds\n\
 475 -v\t\tBe verbose\n\
 476 -w\t\tMeasure wall clock time instead of run time\n\
 477 ");
 478   exit(1);
 479 }
 480
 481 int
 482 main(int argc, char **argv)
 483 {
 484   int c;
 485   uid_t uid;
 486   char *cwd = NULL;
 487
 488   while ((c = getopt(argc, argv, "a:c:efi:m:o:t:vw")) >= 0)
 489     switch (c)
 490       {
 491       case 'a':
 492         file_access = atol(optarg);
 493         break;
 494       case 'c':
 495         cwd = optarg;
 496         break;
 497       case 'e':
 498         pass_environ = 1;
 499         break;
 500       case 'f':
 501         filter_syscalls++;
 502         break;
 503       case 'i':
 504         redir_stdin = optarg;
 505         break;
 506       case 'm':
 507         memory_limit = atol(optarg);
 508         break;
 509       case 'o':
 510         redir_stdout = optarg;
 511         break;
 512       case 't':
 513         timeout = atol(optarg);
 514         break;
 515       case 'v':
 516         verbose++;
 517         break;
 518       case 'w':
 519         use_wall_clock = 1;
 520         break;
 521       default:
 522         usage();
 523       }
 524   if (optind >= argc)
 525     usage();
 526
 527   uid = geteuid();
 528   if (setreuid(uid, uid) < 0)
 529     die("setreuid: %m");
 530   if (cwd && chdir(cwd))
 531     die("chdir: %m");
 532   box_pid = fork();
 533   if (box_pid < 0)
 534     die("fork: %m");
 535   if (!box_pid)
 536     box_inside(argc-optind, argv+optind);
 537   else
 538     boxkeeper();
 539   die("Internal error: fell over edge of the world");
 540 }