Linux Overlay安全问题分析

一 背景与风险概览 OverlayFS 通过联合挂载将只读的 lower 层与可写的 upper 层叠加为统一的 merged 视图，广泛用于容器镜像分层与可写层实现。其关键语义包括：对文件的读取遵循“上层优先”，对不存在于上层的文件访问会触发 copy-up（从 lower 复制到 upper），以及通过 workdir 配合完成原子替换。这些语义在提供便利的同时，也引入了新的攻击面：当具备特权的文件（如 setuid/setgid、带有 security.capability 的文件）被复制到 upper 层时，可能绕过原有的挂载选项或访问控制，造成本地提权与权限逃逸。

二 典型漏洞机理

• CVE-2021-3493（Ubuntu 特定）：部分 Ubuntu 内核为 OverlayFS 启用了 FS_USERNS_MOUNT，允许低权限用户在用户命名空间中挂载；在设置合并层文件的扩展属性 security.capability 时，由于权限校验未正确跨命名空间约束，导致可把能力写入到上层真实文件，进而实现本地提权。修复思路是在设置能力时引入命名空间感知的检查（如 cap_convert_nscap 的恰当调用与校验）。该问题影响 Ubuntu 14.04/16.04/18.04/20.04/20.10 等版本。
• CVE-2023-0386（通用内核缺陷）：在 ovl_copy_up_one 流程中，未对 lower 层文件的属主/属组在当前用户命名空间中的映射进行校验，导致可将 nosuid 挂载点下的 setuid root 文件通过 copy-up“搬运”到 upper 层并保留特权属性，退出命名空间后执行即可提权。修复补丁在 copy-up 前加入 kuid_has_mapping / kgid_has_mapping 检查，若 lower 文件的属主/属组未在当前用户命名空间映射，则中止 copy-up。

三 攻击路径与利用前提

• 利用共性：攻击者通常需要能够在当前会话中创建用户命名空间并进行挂载（如具备 CAP_SYS_ADMIN 于用户命名空间，或系统策略允许非特权挂载），并找到可被触发的 copy-up 或 xattr 写 操作入口。
• CVE-2021-3493 型：在用户命名空间中挂载 OverlayFS，对 merged 层目标文件调用 setxattr(…, “security.capability”, …)，借助 OverlayFS 将写转发至 upper 层真实文件，从而写入能力并提权。
• CVE-2023-0386 型：借助 FUSE 在 lower 层构造由 root 拥有且带 setuid 的文件（FUSE 挂载点可绕过某些权限限制），通过 touch/修改元数据 等触发 copy-up 到 upper 层；退出命名空间后执行 upper 层文件，获得 root 权限。

四 防护与加固清单

• 内核与系统
  • 及时更新内核与发行版补丁，覆盖 CVE-2021-3493/CVE-2023-0386 等已知缺陷；优先使用包含修复的 稳定内核版本。
  • 谨慎启用非特权 OverlayFS 挂载：除非明确需要，避免为 OverlayFS 设置 FS_USERNS_MOUNT；在容器/主机策略中限制普通用户的挂载能力（如通过 Yama 策略、能力剥夺、seccomp 等）。
• 容器与运行时
  • 为容器根文件系统启用 nosuid（以及 nodev/noexec）挂载选项，减少 setuid/setgid 可执行文件带来的风险；对需要特权的场景采用最小权限与白名单控制。
  • 使用 rootless 容器时，限制其在用户命名空间中的挂载与特权操作；结合 seccomp、AppArmor、SELinux 等强制访问控制降低越权可能。
• 文件系统与挂载
  • 避免在 nosuid 挂载点下触发不必要的 copy-up；对关键目录设置 只读 或 noexec 并定期审计异常挂载与属性变更（如 security.capability 的写入）。
  • 在运维与审计中，利用 mount/findmnt/auditd 跟踪 OverlayFS 的挂载与关键操作，配合集中日志分析及时发现可疑行为。

五 快速自查要点

• 检查内核与发行版是否包含相关修复；关注是否仍存在 FS_USERNS_MOUNT 导致的非特权挂载可能。
• 排查系统是否存在 setuid/setgid 可执行文件被复制到可写层的风险点（尤其是通过 FUSE 或临时目录触发的 copy-up）。
• 审计 security.capability 的非常规写入与异常 OverlayFS 挂载事件，结合 auditd 与集中日志进行告警。

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