文件访问权限：更改用户ID

本文来探讨一下通过更改用户ID来获取合适的文件访问权限。由于更改组ID的规则与用户ID相同，我们在这里只探讨用户ID。

纸上得来终觉浅

先了解以下几个基本知识：

  1. 用户ID包括：实际用户ID、有效用户ID、保存的设置用户ID。其中保存的设置用户ID由exec函数保存。
  2. 实际用户ID标识我们究竟是谁，该字段在登录时取自口令文件中的登录项。通常，在一个登录会话期间该值不会改变，但root用户进程有方法改变它。
  3. 有效用户ID决定了我们的文件访问权限。
  4. 保存的设置用户ID在执行一个程序时包含了有效用户ID的副本。
  5. 通常，有效用户ID等于实际用户ID。
  6. 当执行一个程序文件时，进程的有效用户ID通常就是实际用户ID。但是可以在文件模式字（st_mode）中设置一个特殊标志，其含义是“当执行此文件时，将进程的有效用户ID设置为文件所有者的用户ID（st_uid）”。这个特殊标志被称为设置用户ID（set-user-ID）位。

更改这3个用户ID的不同方法总结如下：

更改3个用户ID的不同方法
ID exec setuid(uid)
设置用户ID位关闭 设置用户ID位打开 超级用户 非特权用户
实际用户ID 不变 不变 设为uid 不变
有效用户ID 不变 设置为程序文件的用户ID 设为uid 设为uid
保存的设置用户ID 从有效用户ID复制 从有效用户ID复制 设为uid 不变

关于以上几点，我们参考一下《Unix高级环境编程》一书中给出的一个例子：

Unix系统程序/usr/bin/passwd是一个设置用户ID程序，该文件的所有者是root用户，而且设置了该文件的设置用户ID位。那么当这个程序文件由一个进程执行时，该进程具有root用户权限。不管执行此文件的进程的实际用户ID是什么，都会是这样，因为该进程的权限不是由实际用户ID决定的，而是由有效用户ID决定的。系统程序/usr/bin/passwd应该能将用户的新口令写入口令文件（一般是/etc/passwd 或 /etc/shadow）中，而只有root用户才具有对该文件的写权限，所以需要使用设置用户ID功能。因为运行设置用户ID程序的进程通常会得到额外的权限，所以编写这种程序时要特别谨慎。

绝知此事要躬行

假设一台Linux主机上有2个用户：Jim（实际用户ID为1000）和Lucy（实际用户ID为1001）。

Jim在自己的主目录下有一个文件test.txt，只有自己才能读写。该文件的访问权限如下所示：

Jim@linux:~$ ls -l test.txt
-rw------- 1 Jim Jim 13 Sep 13 17:07 /home/Jim/test.txt

Lucy想查看该文件，却没有相应的权限，因此会被拒绝：

Lucy@linux:~$ cat /home/Jim/test.txt
cat: /home/Jim/test.txt: Permission denied

Lucy@linux:~$ sudo cat /home/Jim/test.txt
[sudo] password for Lucy:
hello world!

结果Lucy使用root权限强行查看了Jim的test.txt文件。这就没什么好说的了。不过，我们还是建议，在Linux上能不用root权限就不用root权限，用多了可能会伤及无辜。

我们自己的数据文件要由我们自己来保护。Jim可以编写一个设置用户ID程序，Lucy通过执行这个程序，就可以查看Jim的test.txt文件。代码如下：

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 
  4 #define BUF_LEN (256)
  5 
  6 int main(void)
  7 {
  8     FILE * fp = NULL;
  9     char buf[BUF_LEN] = {0};
 10 
 11     uid_t real_uid, effect_uid, saved_uid;
 12 
 13     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -1) {
 14         perror("getresuid");
 15         return -1;
 16     }
 17 
 18     printf("===== before setuid =====
");
 19 
 20     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d

", real_uid, effect_uid, saved_uid);
 21 
 22     /*
 23      * the first important thing this program does is reduce its privilege by using setuid function.
 24      * otherwise we can not protect our data file.
 25      */
 26 
 27     // we reduce this program's privilege to real_uid.
 28     if (setuid(real_uid) == -1) {
 29         perror("setuid");
 30         return -1;
 31     }
 32 
 33     printf("====== after setuid with real_uid =====
");
 34 
 35     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -1) {
 36         perror("getresuid");
 37         return -1;
 38     }
 39 
 40     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d

", real_uid, effect_uid, saved_uid);
 41 
 42     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
 43     if (fp == NULL) {
 44         printf("
##### error #####
");
 45         perror("fopen");
 46         printf("##### error #####

");
 47     }
 48 
 49     // now we raise this program's privilege to saved_uid.
 50     if (setuid(saved_uid) == -1) {
 51         perror("setuid");
 52         return -1;
 53     }
 54 
 55     printf("====== after setuid with saved_uid =====
");
 56 
 57     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -1) {
 58         perror("getresuid");
 59         return -1;
 60     }
 61 
 62     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d

", real_uid, effect_uid, saved_uid);
 63 
 64     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
 65     if (fp == NULL) {
 66         printf("
##### error #####
");
 67         perror("fopen");
 68         printf("##### error #####

");
 69 
 70         return -1;
 71     }
 72 
 73     printf("
----- file read -----
");
 74     while (fgets(buf, BUF_LEN, fp))
 75         printf("%s", buf);
 76 
 77     if (feof(fp))
 78         printf("
file reach end!
");
 79     else
 80         ferror(fp);
 81     printf("----- file close -----

");
 82 
 83     fclose(fp);
 84 
 85     // reduce this program's privilege by setting effect_uid to saved_uid
 86     if (seteuid(saved_uid) == -1) {
 87         perror("seteuid");
 88         return -1;
 89     }
 90 
 91     printf("====== after seteuid with saved_uid =====
");
 92 
 93     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -1) {
 94         perror("getresuid");
 95         return -1;
 96     }
 97 
 98     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d

", real_uid, effect_uid, saved_uid);
 99 
100     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
101     if (fp == NULL) {
102         printf("
##### error #####
");
103         perror("fopen");
104         printf("##### error #####

");
105     } else {
106         printf("file opened!

");
107         fclose(fp);
108     }
109 
110     // reduce this program's privilege by setting effect_uid to real_uid
111     if (seteuid(real_uid) == -1) {
112         perror("seteuid");
113         return -1;
114     }
115 
116     printf("====== after seteuid with real_uid =====
");
117 
118     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -1) {
119         perror("getresuid");
120         return -1;
121     }
122 
123     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d

", real_uid, effect_uid, saved_uid);
124 
125     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
126     if (fp == NULL) {
127         printf("
##### error #####
");
128         perror("fopen");
129         printf("##### error #####

");
130     } else {
131         printf("file opened!

");
132         fclose(fp);
133     }
134 
135     return 0;
136 }

编译该程序的时候要加上_GNU_SOURCE标志（用于getresuid函数），编译完成之后还要打开该程序的设置用户ID标志位。

Jim@linux:~$ gcc uid_test.c -o uid_test -D _GNU_SOURCE
Jim@linux:~$ chmod u+s uid_test

Jim@linux:~$ ls -l uid_test
-rwsrwxr-x 1 Jim Jim 7726 Sep 14 17:19 /home/Jim/uid_test

从上面的命令输出中可以看到，uid_test程序的设置用户ID标志位已经打开。Lucy可以使用这个程序来查看Jim的test.txt文件。

Lucy@linux:~$ /home/Jim/uid_test
===== before setuid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000

====== after setuid with real_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1001, saved_uid = 1000


##### error #####
fopen: Permission denied
##### error #####

====== after setuid with saved_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000


----- file read -----
hello world!

file reach end!
----- file close -----

====== after seteuid with saved_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000

file opened!

====== after seteuid with real_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1001, saved_uid = 1000


##### error #####
fopen: Permission denied
##### error #####

Lucy@linux:~$

从上面的输出中可以看出，通过改变用户ID可以控制程序的访问权限。

另外注意

setuid函数与seteuid函数的区别：

相同之处：对于一个非特权用户来说，两者都可以将进程的有效用户ID设置为其实际用户ID或其保存的设置用户ID。

不同之处：对于一个特权用户来说，setuid(uid)函数将实际用户ID、有效用户ID以及保存的设置用户ID设为uid；而seteuid(uid)函数只将进程的有效用户ID设为uid。

还是那句话：因为运行设置用户ID程序的进程通常会得到额外的权限，所以编写这种程序时要特别谨慎。

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