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Die Sicherheit des Linux-Kernels für eingebettete Systeme verstehen

Rohan Timalsina

1. April 2024. TuxCare-Expertenteam

  • Der Linux-Kernel verfügt über ein starkes Sicherheitsdesign, das Least Privilege, Speicherschutz, Benutzerisolierung und Frameworks für das Hinzufügen strengerer Zugriffskontrollen umfasst.
  • Bewährte Verfahren zur Sicherung eingebetteter Linux-Systeme umfassen die Verwendung einer gut gewarteten Distribution, rechtzeitige Patches und die Implementierung zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen.
  • Live-Patching ermöglicht es Ihnen, Sicherheits-Patches ohne Neustart auf die eingebetteten Systeme aufzuspielen, wodurch die mit dem Patching verbundene Ausfallzeit entfällt.

 

Im Bereich der Betriebssysteme ist der Linux-Kernel ein Eckpfeiler für Flexibilität, Leistung und Sicherheit. Aufgrund seines Open-Source-Charakters ist er in der Lage, sich kontinuierlich weiterzuentwickeln und an eine Vielzahl von Computerumgebungen anzupassen, darunter eingebettete SystemeServer und Smartphones. In diesem Artikel befassen wir uns mit den Besonderheiten der Sicherheit des Linux-Kernels, seiner Anpassung an eingebettete Systeme und den möglichen Auswirkungen auf die Sicherheit.

 

Linux-Kernel-Sicherheitsarchitektur

 

Benutzerverwaltung und Berechtigungen

 

Linux verwendet eine strenge Verwaltung der Benutzerkonten. Jeder Benutzer hat eine eindeutige Kennung (UID) und kann Gruppen mit bestimmten Berechtigungen zugewiesen werden. Dadurch wird der Zugriff auf sensible Dateien und Systemressourcen eingeschränkt. Außerdem sind Dateien und Verzeichnisse mit Eigentumsrechten (Benutzer und Gruppe) verbunden. Der Eigentümer, die Gruppe und andere Benutzer können nur bestimmte Aktivitäten (Lesen, Schreiben und Ausführen) an solchen Dateien durchführen, die auf ihren Berechtigungen basieren.

 

Isolierung von Benutzer- und Kernelbereich

 

Ein weiteres Sicherheitsmerkmal des Linux-Kernels ist die Trennung zwischen Benutzer- und Kernelbereich, die verhindert, dass Benutzeranwendungen direkt auf kritische Systemressourcen zugreifen. Diese Isolierung verringert das Risiko eines unbefugten Zugriffs oder einer Manipulation sensibler Kernel-Daten.

 

Sicherheitsmodule

 

Die Linux-Sicherheitsmodule (LSM) Framework ermöglicht die Integration zusätzlicher Sicherheitsmodule in den Kernel, wodurch dessen Sicherheitsfunktionen verbessert werden. Die Implementierung von Zugriffskontrolle, Auditing und anderen Sicherheitsrichtlinien wird durch LSM vereinfacht.

 

Kernel-Härtung

 

In den Linux-Kernel sind mehrere Härtungsfunktionen eingebaut, um gängige Sicherheitsrisiken zu mindern. Zum Beispiel, Adressraum-Layout-Randomisierung (ASLR)das Speicherlayout nach dem Zufallsprinzip, was es Angreifern erschwert, speicherbezogene Schwachstellen auszunutzen. Eine weitere Technik zur Absicherung des Kernels ist Kontrollfluss-Integrität (CFI) die vor Angriffen auf den Kontrollfluss schützt, indem sie die Integrität des Kontrollflussgraphen prüft.

 

Seccomp (Modus für sicheres Rechnen)

 

Seccomp ist eine Sicherheitsfunktion des Linux-Kernels, die es ermöglicht, die einem Prozess zur Verfügung stehenden Systemaufrufe einzuschränken, wodurch die Angriffsfläche verringert und der potenzielle Schaden durch bösartigen oder kompromittierten Code reduziert wird. Administratoren können Prozesse effektiv in eine Sandbox verfrachten, indem sie eine Whitelist zulässiger Systemaufrufe für bestimmte Prozesse mit Seccomp-Filtern definieren, die den Zugriff auf potenziell schädliche oder unnötige Systemaufrufe blockieren.

 

Anpassung des Linux-Kernels für eingebettete Systeme

 

Eingebettete Systeme stellen aufgrund ihrer begrenzten Hardwareressourcen und spezialisierten Funktionen besondere Sicherheitsanforderungen dar. Der Linux-Kernel wurde in erheblichem Maße angepasst, um den Anforderungen eingebetteter Systeme gerecht zu werden, ohne dabei die Sicherheit aus den Augen zu verlieren. Zu den wichtigsten Überlegungen bei dieser Anpassung gehören:

 

Optimierung des Fußabdrucks

 

Eingebettete Systeme haben oft nur begrenzten Speicher und begrenzte Verarbeitungsleistung, so dass Optimierungsmaßnahmen erforderlich sind, um den Platzbedarf des Kernels zu verringern. Der Kernel kann auf eine kleinere Größe reduziert werden, die nur die für das jeweilige Gerät erforderlichen Funktionen enthält. Durch das Entfernen unnötiger Funktionen und Treiber kann die Größe des Kernels erheblich verringert werden, was zu schnelleren Boot-Zeiten und geringerem Speicherbedarf führt. Dies ist wichtig für eingebettete Systeme mit begrenzter Verarbeitungsleistung und begrenztem Speicher.

 

Echtzeit-Fähigkeiten

 

Einige eingebettete Systeme erfordern eine Reaktionsfähigkeit in Echtzeit, so dass der Linux-Kernel Echtzeitplanung und deterministisches Verhalten unterstützen muss. Die Echtzeit-Planung des Kernels kann eingerichtet werden, um zu gewährleisten, dass kritische Aufgaben rechtzeitig abgeschlossen werden.

 

Hardware-Abstraktion

 

Der Linux-Kernel abstrahiert Hardware-Details durch Gerätetreiber und ermöglicht so die Kompatibilität mit einer Vielzahl von eingebetteten Hardware-Plattformen. Durch die Bereitstellung eines standardisierten Mechanismus zur Beschreibung von Hardwarekonfigurationen verbessert die Gerätebaumunterstützung die Hardwareabstraktion weiter und erleichtert die Portabilität des Kernels über verschiedene eingebettete Systeme hinweg.

 

Optimierung der Leistung 

 

Der Kernel kann auf die spezifische Hardware des eingebetteten Geräts zugeschnitten werden. Um eine optimale Leistung mit minimalen Ressourcen zu erreichen, kann dies eine Feinabstimmung der Speicherverwaltung, der Gerätetreiber und der Energieverwaltung erfordern.

 

Auswirkungen auf die Sicherheit

 

Die Anpassung des Linux-Kernels für eingebettete Systeme bringt sowohl Chancen als auch Herausforderungen in Bezug auf die Sicherheit mit sich:

 

Reduzierte Angriffsfläche

 

Ein kleinerer Kernel mit minimalen Funktionen verringert die potenzielle Angriffsfläche und schränkt die Möglichkeiten ein, die sich böswillige Akteure zunutze machen können. Durch die Entfernung unwichtiger Komponenten können eingebettete Linux-Distributionen die Auswirkungen von Linux-Kernel-Sicherheitsschwachstellen und die Sicherheitswartung rationalisieren.

 

Rechtzeitiges Patching

 

Proaktive Sicherheitspraktiken wie das rechtzeitige Ausbessern von Sicherheitslücken und häufige Upgrades, um bekannte Bedrohungen zu beseitigen, sind für eine wirksame Sicherheit in eingebetteten Systemen unerlässlich. Die Einrichtung von Mechanismen für sichere Software-Updates ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität und Sicherheit von eingebetteten Systemen. Die Standardaktualisierung erfordert jedoch häufig einen Neustart, was zu Systemausfällen und Unterbrechungen wichtiger Dienste führt.

Um diese Unterbrechung zu vermeiden, kann eine Live-Patching-Lösung implementiert werden. TuxCare's KernelCare IoT bietet automatisiertes Sicherheits-Patching für eingebettete Linux-Distributionen, wie z. B. Yocto-Projekt, Ubuntu Coreund Raspberry PI ohne die Notwendigkeit von Neustarts und Wartungsfenstern.

 

Komponenten von Drittanbietern

 

Eingebettete Systeme sind häufig auf Komponenten und Bibliotheken von Drittanbietern angewiesen, so dass Schwachstellen in einer dieser Komponenten Angreifern einen Einstiegspunkt bieten können. Daher sind eine strenge Versionskontrolle und die Durchführung gründlicher Sicherheitsbewertungen solcher Komponenten unerlässlich, um diese Risiken zu mindern.

 

Ressourcenbeschränkungen

 

Begrenzte Ressourcen in eingebetteten Systemen können die Umsetzung von robusten Sicherheitsmaßnahmen behindern. Es ist wichtig, die Kompromisse zwischen Sicherheit und Leistung/Ressourcenverbrauch sorgfältig abzuwägen, um ein Gleichgewicht zu finden, das einen wirksamen Schutz ohne Beeinträchtigung der Systemfunktionalität gewährleistet.

 

Abschließende Überlegungen

 

Wenn Entwickler die Sicherheitsarchitektur des Linux-Kernels und die Auswirkungen von Anpassungen für eingebettete Systeme verstehen, können sie fundierte Entscheidungen zur Verbesserung der Sicherheit ihrer Geräte treffen. Der Linux-Kernel bietet sichere Datenverarbeitung für eine Vielzahl von Geräten, einschließlich eingebetteter Systeme. Seine robuste Sicherheitsarchitektur und seine Flexibilität bei der Anpassung an ressourcenbeschränkte Umgebungen unterstreichen seine Eignung für eingebettete Systeme. 

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Zusammenfassung
Die Sicherheit des Linux-Kernels verstehen
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Die Sicherheit des Linux-Kernels verstehen
Beschreibung
Erforschen Sie die Sicherheit des Linux-Kernels, seine Anpassung für eingebettete Systeme und seine Auswirkungen. Erfahren Sie, wie er Geräte in verschiedenen Umgebungen schützt.
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Name des Herausgebers
TuxCare
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