深入淺出 eBPF 安全項目 Tracee

https://www.ebpf.top/post/tracee_intro/

1. Tracee 介紹

1.1 Tracee 介紹

Tracee 是一個用 於 Linux 的運行時安全和取證工具。它使用 Linux eBPF 技術在運行時跟蹤系統和應用程序，並分析收集的事件以檢測可疑的行爲模式。Tracee 以 Docker 鏡像的形式交付，監控操作系統並根據預定義的行爲模式集檢測可疑行爲。官網文檔參見這裏。

Tracee 由以下子項目組成：

• Trace-eBPF - 使用 eBPF 進行 Linux 追蹤和取證，BPF 底層代碼實現參見 tracee.bpf.c；

• Trace-Rules - 運行時安全檢測引擎，在真實的使用場景中通過管道的方式從 tracee-ebpf 中接受數據，具體運行命令如下：

  1	$TRACEE_EBPF_EXE --output=format:gob --security-alerts | $TRACEE_RULES_EXE --input-tracee=file:stdin --input-tracee=format:gob $@

• libbpfgo 基於 Linux libbpf 的 Go 的 eBPF 庫，Tracee 程序通過 cgo 訪問 libbpf C 語言庫；

Tracee 運行系統最低內核版本要求 >= 4.18，可以根據是否開啓 CO-RE 進行 BPF 底層代碼編譯。運行 Tracee 需要足夠的權限才能運行，測試可以直接使用 root 用戶運行或者在 Docker 模型下使用 --privileged 模式運行。

Tracee 在最近的版本中增加了一個非常有意思的功能抓取 --capture，可以將讀寫文件、內存文件、網絡數據包等進行抓取並保存，該功能主要是用於取證相關功能。

1.2 Tracee 與 Falco 的區別

看到 Tracee 這款基於 eBPF 技術的安全產品，很自然想到的對應產品是 Falco，如果你對 Falco 不瞭解，那麼可以參見這篇文章。 Tracee 與 Falco 還是有諸多類似的功能，只是從實現和架構上看， Tracee 更加直接和簡單，也沒有特別複雜的規則引擎，作者給出的與 Falco 定位不同如下，更加詳細的可參見這裏：

Falco 是一個規則引擎，基於 sysdig 的開放源代碼。它從 sysdig 獲取原始事件，並與 yaml 文件中 falco 語言定義的規則相匹配。相比之下，Tracee 從 eBPF 中追蹤事件，但不執行基於這些事件的規則。

我們編寫 Tracee 時考慮到了以下幾點：

• Tracee 從一開始就被設計成一個基於 eBPF 的輕量級事件追蹤器。
• Tracee 建立在 bcc 的基礎上，並沒有重寫低級別的 BPF 接口。
• Tracee 被設計成易於擴展，例如，在 tracee 中添加對新的系統調用的支持就像添加兩行代碼一樣簡單，在這裏你可以描述系統調用的名稱和參數類型。
• 其他事件也被支持，比如內部內核函數。我們現在已經支持 cap_capable，我們正在增加對 security_bprm_check lsm 鉤子的支持。由於 lsm 安全鉤子是安全的戰略要點，我們計劃在不久的將來增加更多這樣的鉤子。

其實，從使用的場景上來說 Tracee 與 Falco 不是非 A 即 B 的功能， Tracee 也可以與 FalcoSideKick 進行集成，作爲一個事件輸入源使用。

從下面兩者架構圖的對比，我們也可以略微熟悉一二， Tracee 更加直接和簡潔，規則引擎的維護也不是重點，而且規則引擎恰恰是 Falco 的重點。

Falco 的架構圖如下：

而 Tracee 的架構圖如下：

2. Tracee 的工作原理

Tracee 中的 tracee-ebpf 模塊的核心能力包括： 事件跟蹤（trace）、抓取（capture）和輸出（output）三個能力。

tracee-ebpf 的核心能力在於底層 eBPF 程序抓取事件的能力，tracee-ebpf 默認實現了諸多的事件抓取功能，可以通過 trace -l 參看到底層支持的函數全集（ 0.6.1 版本大概 390 個函數，格式如下：

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$ sudo docker run --name tracee-only --rm --privileged --pid=host -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -v /boot/:/boot tracee -l System Calls: Sets: Arguments: ____________ ____ _________ read [syscalls fs fs_read_write] (int fd, void* buf, size_t count) write [syscalls fs fs_read_write] (int fd, void* buf, size_t count) open [default syscalls fs fs_file_ops] (const char* pathname, int flags, mode_t mode) openat [default syscalls fs fs_file_ops] (int dirfd, const char* pathname, int flags, mode_t mode) ...

• 第一列爲系統調用函數名字；
• 第二列爲該函數歸屬爲的子類（注可歸屬多個，比如 read 函數，歸屬於 syscalls/fs/fs_read_write 3 個子類，除了 fs 外，net 集合中也包含了許多的跟蹤函數）；
• 第三列爲該函數的原型，可以使用參數中的字段進行過濾，支持特定的運算，比如 == != 等常見的邏輯操作符，對於字符串也支持通配符操作；

這裏簡單介紹兩個樣例，更加詳細的可以使用 tracee --trace help 命令查看。

• --trace s=fs --trace e!=open,openat 跟蹤 fs 集合中的所有事件，但是不包括 open,openat 兩個函數；
• --trace openat.pathname!=/tmp/1,/bin/ls 這裏表示不跟蹤 openat 事件中，pathname 爲 /tmp/1,/bin/ls 的事件，注意這裏的 openat.pathname 爲跟蹤函數名與函數參數的組合；

以上跟蹤事件的過濾條件通過接口設置進內核中對應的 map 結構中，在完成過濾和事件跟蹤以後，通過 perf_event 的方式上報到用戶空間程序中，可以保存到文件後續進行處理，或者直接通過管道發送至 tracee-rule 進行解析和進行更高級別的上報，詳細參見上一章節的架構圖。

3. Tracee 功能測試

3.1 功能測試

測試前需要保證內核版本及相關條件滿足最小要求：

• 內核 >= 4.18，可選項啓用了 BTF，BTF 啓用可以通過 /boot/config* 文件檢查 CONFIG_DEBUG_INFO_BTF 是否啓用；(grep CONFIG_DEBUG_INFO_BTF /boot/config-xx-yyy)
• Linux 內核頭文件已經安裝，Ubuntu/Debian/Arch/Manjaro中爲linux-headers 包，CentOS/Fedora中爲kernel-headers和kernel-devel` 兩個包；

如果內核啓用了 BTF 功能，可以直接使用官方提供的鏡像進行測試：

1	$ sudo docker run --name tracee --rm --privileged -it aquasec/tracee:latest trace

如果系統未啓用 BTF 功能，則需要加載內核 /lib/modules/ 和 /usr/src 目錄，並運行以下命令：

1 2	$ sudo docker run --name tracee --rm --privileged --pid=host -v /boot:/boot:ro -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -e TINI_SUBREAPER=true aquasec/tracee Loaded signature(s): [TRC-1 TRC-2 TRC-3 TRC-4 TRC-5 TRC-6 TRC-7]

掛載 /boot 目錄方便讀取 /boot/config* 等相關文件，-e TINI_SUBREAPER=true 是爲了讓 tini 作爲父進程進行子進程回收的能力。

在運行以後我們可以發現最後有一系列簽名輸出 TRC-1 TRC-2 TRC-3 TRC-4 TRC-5 TRC-6 TRC-7，這些簽名代表了對應檢測的選項。我們可以使用 --list 選項進行查看，結果如下：

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$ sudo docker run --name tracee --rm --privileged --pid=host -v /boot:/boot:ro -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -e TINI_SUBREAPER=true aquasec/tracee --list Loaded signature(s): [TRC-1 TRC-2 TRC-3 TRC-4 TRC-5 TRC-6 TRC-7] ID NAME VERSION DESCRIPTION TRC-1 Standard Input/Output Over Socket 0.1.0 Redirection of process's standard input/output to socket TRC-2 Anti-Debugging 0.1.0 Process uses anti-debugging technique to block debugger TRC-3 Code injection 0.1.0 Possible code injection into another process TRC-4 Dynamic Code Loading 0.1.0 Writing to executable allocated memory region TRC-5 Fileless Execution 0.1.0 Executing a process from memory, without a file in the disk TRC-6 kernel module loading 0.1.0 Attempt to load a kernel module detection TRC-7 LD_PRELOAD 0.1.0 Usage of LD_PRELOAD to allow hooks on process

使用 elfexec 進行測試：

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# From https://github.com/abbat/elfexec/releases $ wget https://github.com/abbat/elfexec/releases/download/v0.3/elfexec.x64.glibc.xz $ chmod u+x elfexec.x64.glib && mv ./elfexec.x64.glibc ./elfexec $ echo 'IyEvYmluL3NoCmVjaG8gIkhlbGxvISIK' | base64 -d|./elfexec Hello! $ echo 'IyEvYmluL3NoCmVjaG8gIkhlbGxvISIK' | base64 -d #!/bin/sh echo "Hello!"

上述命令就是將一個輸出 echo hello 的腳本重定向到 elfexec 進行執行， 在上述命令運行後，輸出以下信息：

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$ sudo docker run --name tracee --rm --privileged --pid=host -v /boot:/boot:ro -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -e TINI_SUBREAPER=true aquasec/tracee Loaded signature(s): [TRC-1 TRC-2 TRC-3 TRC-4 TRC-5 TRC-6 TRC-7] *** Detection *** Time: 2021-09-10T09:10:25Z Signature ID: TRC-5 Signature: Fileless Execution Data: map[] Command: elfexec Hostname: VM-0-14-ubuntu

這裏我們看到測試觸發的簽名爲 TRC-5， 詳細情況爲 ”Fileless Execution“，命令爲 ”elfexec“。

4. 源碼編譯 eBPF 程序

4.1 鏡像方式編譯

Tracee 支持我們自己基於系統編譯 eBPF 程序，然後將編譯後的 eBPF 字節碼傳遞至 Docker 鏡像進行運行。推薦 eBPF 程序編譯通過 Docker 鏡像進行，如果使用本機環境編譯需要安裝並保證 GNU Make >= 4.3 - clang >= 11。

推薦編譯和運行基於 Ubuntu 系列的系統（Ubuntu 20.04），猜測 Tracee 的主要測試環境應該是在 Ubuntu 系列中，CentOS 系列測試偏少。

推薦 Ubuntu 20.04 版本，在 CentOS 5.4 內核中編譯遇到不少問題，主要是環境差異導致，包括內核編譯目錄軟連接，dockerfile 等問題，參見我提交的 pr

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$ git clone --recursive https://github.com/aquasecurity/tracee.git $ make bpf DOCKER=1 # --just-print 只是打印，編譯完成後可以在 dist 目錄中看到編譯好的字節碼程序 $ ls -hl dist/ total 7.8M -rw-r--r-- 1 root root 3.1M Sep 10 17:22 tracee.bpf.5_4_132-1_el7_elrepo_x86_64.v0_6_1-1-gce65764.o -rw-r--r-- 1 root root 4.7M Sep 10 17:22 tracee.bpf.core.o # 可以通過 TRACEE_BPF_FILE 環境變量指定我們需要加載的 eBPF 程序，這裏使用目錄 /tmp/tracee $ sudo docker run --name tracee --rm --privileged --pid=host -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -e TRACEE_BPF_FILE=/tmp/tracee/tracee.bpf.core.o aquasec/tracee

如果編譯 tracee-ebpf 我們也會發現，底層還是會依賴動態庫，只是因爲 tracee-ebpf 底層使用 cgo 機制使用 libbpf 庫依賴的結果。

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$ file tracee-ebpf/dist/tracee-ebpf| tr , '\n' tracee-ebpf/dist/tracee-ebpf: ELF 64-bit LSB executable x86-64 version 1 (SYSV) dynamically linked (uses shared libs) for GNU/Linux 3.2.0 BuildID[sha1]=5bd7dbfd0475f015e268e321476dfc928d06d950 not stripped $ # ldd tracee-ebpf/dist/tracee-ebpf tracee-ebpf/dist/tracee-ebpf: /lib64/libc.so.6: version `GLIBC_2.22' not found (required by tracee-ebpf/dist/tracee-ebpf) linux-vdso.so.1 => (0x00007ffe559d7000) libelf.so.1 => /lib64/libelf.so.1 (0x00007f5d0c884000) libz.so.1 => /lib64/libz.so.1 (0x00007f5d0c66e000) libpthread.so.0 => /lib64/libpthread.so.0 (0x00007f5d0c452000) libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f5d0c084000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f5d0ca9c000)

單獨驗證 tracee-ebpf 可以使用以下命令：

1	$ sudo docker run --name tracee-only --rm --privileged --pid=host -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -v /boot/:/boot tracee --trace event=execve --output table-verbose --debug|more

4.2 編譯錯誤處理

4.2.1 “bind”: invalid mount path: ‘./’ mount path must be absolute

tracee-ebpf 使用 Docker-builder 路徑加載報錯如下：

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Step 3/3 : WORKDIR /tracee ---> Using cache ---> 5e8a792b8117 Successfully built 5e8a792b8117 Successfully tagged tracee-builder:latest docker run --rm -v /root/tracee/tracee-ebpf:./ -v /root/tracee/tracee-ebpf:/tracee/tracee-ebpf -w /tracee/tracee-ebpf --entrypoint make tracee-builder KERN_BLD_PATH=/usr/src/kernels/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64 KERN_SRC_PATH=build dist/tracee-ebpf VERSION=v0.6.1-1-gce65764 docker: Error response from daemon: invalid volume specification: '/root/tracee/tracee-ebpf:./': invalid mount config for type "bind": invalid mount path: './' mount path must be absolute. See 'docker run --help'. make: *** [dist/tracee-ebpf] Error 125

修改方式

1 2	+DOCKER_BUILDER_KERN_BLD ?= $(if $(shell readlink -f $(KERN_BLD_PATH)),$(shell readlink -f $(KERN_BLD_PATH)),$(KERN_BLD_PATH)) +DOCKER_BUILDER_KERN_SRC ?= $(if $(shell readlink -f $(KERN_SRC_PATH)),$(shell readlink -f $(KERN_SRC_PATH)),$(KERN_SRC_PATH))

主要差異點爲系統不同，軟鏈接的方式不同導致

CentOS

1 2	$ ls -hl /lib/modules/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64/source lrwxrwxrwx 1 root root 5 Jul 22 15:12 /lib/modules/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64/source -> build

Ubuntu

1 2	$ ls -hl /lib/modules/5.4.0-42-generic/build lrwxrwxrwx 1 root root 39 Jul 10 2020 /lib/modules/5.4.0-42-generic/build -> /usr/src/linux-headers-5.4.0-42-generic

4.2.2 單獨生成 tracee-ebpf 鏡像時，make: uname: Operation not permitted 等問題

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$ make docker docker build --build-arg VERSION=v0.6.1-1-gce65764 -t tracee:latest . Sending build context to Docker daemon 2.116GB Step 1/16 : ARG BASE=fat Step 2/16 : FROM golang:1.16-alpine as builder ARG BASE=fat FROM golang:1.16-alpine as builder RUN apk --no-cache update && apk --no-cache add git clang llvm make gcc libc6-compat coreutils linux-headers musl-dev elfutils-dev libelf-static zlib-static WORKDIR /tracee // ... make: uname: Operation not permitted make: find: Operation not permitted make: uname: Operation not permitted make: /bin/sh: Operation not permitted mkdir -p dist make: mkdir: Operation not permitted make: *** [Makefile:51: dist] Error 127 The command '/bin/sh -c make build VERSION=$VERSION' returned a non-zero code: 2 make: *** [docker] Error 2

該問題是 builder 基礎鏡像 golang:1.16-alpine 版本升級版本（alpine3.14以後）導致的，明確指定爲golang:1.16-alpine3.13` 即可：

1 2	-FROM golang:1.16-alpine as builder +FROM golang:1.16-alpine3.13 as builder

4.2.3 failed to add kprobe ‘p:kprobes/psecurity_file_open security_file_open’: -17

異常退出後，再次運行可能會導致 ailed to create kprobe event: -17 的錯誤，錯誤的原因是使用了傳統的 kprobe 方式，寫入到 /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events 中，但是退出的時候未能夠正常清理。

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# docker run --name tracee --rm --privileged -v /lib/modules/:/lib/modules/:ro -v /usr/src:/usr/src:ro -v /tmp/tracee:/tmp/tracee -it aquasec/tracee:latest 2021/09/07 02:46:41 [INFO] : Enabled Outputs : 2021/09/07 02:46:41 [INFO] : Falco Sidekick is up and listening on port 2801 failed to add kprobe 'p:kprobes/psecurity_file_open security_file_open': -17 failed to create kprobe event: -17

如果出現錯誤可以通過 /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events 文件進行查看：

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$ cat /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events p:kprobes/psecurity_mmap_addr security_mmap_addr p:kprobes/psecurity_file_mprotect security_file_mprotect p:kprobes/psecurity_bprm_check security_bprm_check p:kprobes/pcap_capable cap_capable p:kprobes/psecurity_inode_unlink security_inode_unlink p:kprobes/psecurity_file_open security_file_open

修復 sudo bash -c "echo""> /sys/kernel/debug/tracing/kprobe_events"，參見 issue 447 和 639。

4.2.4 ‘err’ may be used uninitialized in this function

編譯 libbpf 的時候可能報錯，需要修改 Makefile 文件中的 CFLAGS ?= -g -O2 -Werror -Wall，刪除 -Werror 即可。

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btf_dump.c: In function ‘btf_dump_dump_type_data.isra.24’: btf_dump.c:2266:5: error: ‘err’ may be used uninitialized in this function [-Werror=maybe-uninitialized] if (err < 0) ^ cc1: all warnings being treated as errors

4.2.5 golang 拉取包超時

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添加代理執行 GOPROXY=https://goproxy.cn 即可。

1

$ docker run --rm -v /usr/src/kernels:/usr/src/kernels/ -v /root/tracee/tracee-ebpf:/tracee/tracee-ebpf -w /tracee/tracee-ebpf --entrypoint make tracee-builder DOCKER_BUILDER_KERN_SRC=/usr/src/kernels/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64 KERN_SRC_PATH=/lib/modules/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64/source KERN_BLD_PATH=/usr/src/kernels/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64 KERN_SRC_PATH=/usr/src/kernels/5.4.132-1.el7.elrepo.x86_64 dist/tracee-ebpf VERSION=v0.6.1-1-gce65764 GOPROXY=https://goproxy.cn

詳細修改參見這裏：

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-go_env := GOOS=linux GOARCH=$(ARCH:x86_64=amd64) CC=$(CMD_CLANG) CGO_CFLAGS="-I $(abspath $(LIBBPF_HEADERS))" CGO_LDFLAGS="$(abspath $(LIBBPF_OBJ))" +go_env := GOOS=linux GOARCH=$(ARCH:x86_64=amd64) CC=$(CMD_CLANG) CGO_CFLAGS="-I $(abspath $(LIBBPF_HEADERS))" CGO_LDFLAGS="$(abspath $(LIBBPF_OBJ))" GOPROXY=https://goproxy.cn - --entrypoint make $(DOCKER_BUILDER) KERN_BLD_PATH=$(DOCKER_BUILDER_KERN_BLD) KERN_SRC_PATH=$(DOCKER_BUILDER_KERN_SRC) $(1) + --entrypoint make $(DOCKER_BUILDER) DOCKER_BUILDER_KERN_SRC=$(DOCKER_BUILDER_KERN_SRC) KERN_SRC_PATH=$(KERN_SRC_PATH) KERN_BLD_PATH=$(DOCKER_BUILDER_KERN_BLD) GOPROXY=https://goproxy.cn KERN_SRC_PATH=$(DOCKER_BUILDER_KERN_SRC) $(1)

5. 參考

1. Tracee: Tracing Containers with eBPF
2. Tracee：如何使用 eBPF 來追蹤容器和系統事件

// ... 
GOOS=linux GOARCH=amd64 CC=clang CGO_CFLAGS="-I /tracee/tracee-ebpf/dist/libbpf/usr/include" CGO_LDFLAGS="/tracee/tracee-ebpf/dist/libbpf/libbpf.a" go build -tags netgo -v -o dist/tracee-ebpf \
-ldflags "-w -extldflags \"\"-X main.version=v0.6.1-1-gce65764"
go: github.com/aquasecurity/[email protected]: Get "https://proxy.golang.org/github.com/aquasecurity/libbpfgo/@v/v0.2.1-libbpf-0.4.0.mod": dial tcp 142.251.42.241:443: i/o timeout
make: *** [Makefile:59: dist/tracee-ebpf] Error 1
make: *** [dist/tracee-ebpf] Error 2