🗃️ System plików (Ext4, Btrfs, ZFS): Nieznane luki i ich wpływ na integralność danych

🔍 Wprowadzenie

Systemy plików stanowią fundamentalną warstwę każdego systemu operacyjnego. To one zarządzają przechowywaniem, organizacją i dostępem do danych na nośnikach fizycznych. W przypadku Linuksa, powszechnie stosowane systemy plików to Ext4, Btrfs oraz ZFS.

Choć często postrzegane jako stabilne i bezpieczne, systemy plików nie są wolne od luk – zarówno logicznych, jak i implementacyjnych. Ich kompromitacja może prowadzić do utraty danych, eskalacji uprawnień, a nawet przejęcia systemu przez atakującego.

W niniejszym artykule przedstawiamy zaawansowaną analizę bezpieczeństwa systemów plików, ich architekturę, mechanizmy ochrony integralności i przypadki znanych oraz potencjalnie nieodkrytych luk bezpieczeństwa.

📁 Czym jest system plików?

System plików to sposób organizowania danych na dysku lub innym urządzeniu pamięci masowej. Pełni funkcje:

• przechowywania i odczytu danych,
• organizowania hierarchii katalogów,
• zarządzania metadanymi,
• obsługi mechanizmów kontroli dostępu i bezpieczeństwa,
• realizacji mechanizmów transakcyjnych (journaling, snapshots).

📌 Przegląd najważniejszych systemów plików w Linuksie

⚠️ Nieznane (i znane) luki w systemach plików

🔸 Ext4 – stary i (nie do końca) bezpieczny koń

Ext4 jest obecnie najpopularniejszym systemem plików w dystrybucjach Linuksa. Choć niezwykle stabilny, nie oferuje ochrony integralności danych na poziomie bloku. To oznacza, że nie ma mechanizmu, który umożliwiałby wykrycie cichego uszkodzenia (tzw. silent corruption).

📛 Przykładowe podatności:

• CVE-2021-3493 – wyścigi przy montowaniu systemów plików, pozwalające na obejście ograniczeń AppArmor,
• CVE-2022-1184 – błąd w obsłudze extentów umożliwiający przepełnienie bufora i potencjalny local privilege escalation,
• błędy w journalingu, które mogą prowadzić do utraty danych po nieprawidłowym odmontowaniu (tzw. journaling replay bugs).

🔸 Btrfs – elastyczność kosztem przewidywalności

Btrfs wprowadza zaawansowane funkcje: snapshoty, RAID, kompresję i wewnętrzne mechanizmy ochrony integralności (CRC32 na blokach danych i metadanych). Jednak to właśnie ta złożoność bywa źródłem krytycznych błędów.

📛 Przykładowe podatności i ryzyka:

• problemy z pełną implementacją RAID5/6 – istniejące od lat i nadal niestabilne,
• CVE-2018-14617 – błąd w funkcji btrfs_get_root_ref umożliwiający eskalację uprawnień z poziomu użytkownika,
• snapshot replay races – przywracanie snapshotów może powodować niespójności i uszkodzenia systemu plików.

🔸 ZFS – forteca z własnymi słabościami

ZFS uchodzi za najbezpieczniejszy z systemów plików dzięki wbudowanemu:

• copy-on-write,
• checksumming,
• snapshotom,
• replikacji i RAID-Z.

Jednak nawet ZFS nie jest wolny od błędów:

📛 Przykłady:

• CVE-2020-7046 – wyciek pamięci w zvol przy przetwarzaniu poleceń ioctl, możliwy DoS i exploit w środowiskach wirtualizowanych,
• ryzyko związane z błędną obsługą de-duplication i scrub – może dojść do niezamierzonego nadpisania danych.

🧪 Mechanizmy ochrony integralności – porównanie

🕳️ Ataki i wektory zagrożeń

Systemy plików mogą być atakowane w następujący sposób:

1. Malicious Filesystem Images

Złośliwe obrazy systemu plików przygotowane tak, by wywoływać błędy parsowania lub nadpisywać kernel-space. Przykład: specjalnie spreparowany ext4.img.

2. Symlink Races i TOCTOU

Systemy plików nie zawsze poprawnie izolują operacje pomiędzy użytkownikami. Błędy Time Of Check to Time Of Use mogą prowadzić do eskalacji uprawnień.

3. Zainfekowane snapshoty / backdoory w metadanych

Złośliwe snapshoty Btrfs lub ZFS mogą zawierać backdoory lub sygnatury ataków, które uruchamiają się po ich odtworzeniu.

4. Wektory zdalnego ataku

Systemy plików obsługiwane z poziomu FUSE lub zdalnego mountu (NFS, SMB) mogą być punktem wejścia dla zagrożeń w internecie, jeśli nie są odpowiednio ograniczone (np. przez AppArmor/SELinux).

🛡️ Jak zabezpieczyć dane na poziomie systemu plików?

1. Włącz checksumming i walidację integralności (Btrfs/ZFS)
2. Unikaj mountowania obrazów z nieznanych źródeł
3. Nie używaj nieprzetestowanych wersji RAID5/6 w Btrfs
4. Regularnie przeprowadzaj scrub ZFS/Btrfs
5. Ustaw polityki MAC (AppArmor/SELinux) dla procesów manipulujących plikami
6. Skanuj systemy plików narzędziami typu fsck, zpool scrub, btrfs scrub
7. Monitoruj logi kernelowe (dmesg, journalctl) pod kątem ostrzeżeń o błędach I/O

🔒 System plików a zagrożenia w internecie

Wbrew pozorom, system plików może być pierwszą linią obrony przed wieloma zagrożeniami w internecie, szczególnie w przypadkach:

• ransomware szyfrujących pliki (snapshoty dają możliwość szybkiego przywrócenia),
• ataków typu fileless malware (zapis danych w RAM lub tmpfs),
• eksfiltracji danych (logowanie operacji I/O, integrity monitoring).

📘 Podsumowanie

System plików to niedoceniany, ale krytyczny element bezpieczeństwa systemu operacyjnego.

🔑 Wnioski:

• Ext4 jest solidny, ale nie zapewnia integralności.
• Btrfs i ZFS wnoszą nową jakość, ale również nowe wektory ataku.
• Należy je traktować nie tylko jako technologię przechowywania danych, ale też jako element systemu bezpieczeństwa.

📌 Współczesne ataki stają się coraz bardziej zaawansowane – a integralność danych może być ich pierwszym celem lub ofiarą.

Polecane wpisy

Malware: co to jest i jak się przed nim chronić?

Malware: co to jest i jak się przed nim chronić? Malware to rodzaj złośliwego oprogramowania, które jest zaprojektowane do uszkodzenia Czytaj dalej

Konfiguracja serwera WWW (Apache/Nginx) w Debianie: Instalacja i konfiguracja serwera Apache lub Nginx

Konfiguracja serwera WWW (Apache/Nginx) w Debianie: Instalacja i konfiguracja serwera Apache lub Nginx Wstęp Serwery WWW są podstawą każdej aplikacji Czytaj dalej