Linux ACL 許可權之進階篇

發表於2018-09-28
Linux

筆者在《Linux ACL 許可權》一文中介紹了 Linux ACL 許可權的基本用法，本文筆者將嘗試探究 ACL 中的基本概念和實現原理，希望能夠通過進一步的加深對 Linux 許可權系統的理解。說明：本文的演示環境為 ubuntu 16.04。

ACL 中的基本概念

ACL 的型別

  • access ACL：我們可以認為每一個物件(檔案/目錄)都可以關聯一個 ACL 來控制其訪問許可權，這樣的 ACL 被稱為 access ACL。
  • default ACL：目錄也可以關聯一個 ACL 來控制在該目錄中建立的物件的預設 ACL，這樣的 ACL(目錄關聯的 ACL)被稱為 default ACL。

ACL 條目
一個 ACL 由多個 ACL 條目組成。一個 ACL 條目指定一個使用者或者一組使用者對所關聯物件的讀、寫、執行許可權。下圖展示了 ACL 條目的型別及含義：

ACL 許可權與 ugo 許可權的對應關係

ACL 定義的許可權是 ugo 許可權的超集。

  • 檔案的 owner 許可權對應於 ACL 許可權中的 ACL_USER_OBJ 條目。
  • 當 ACL 許可權中具有 ACL_MASK 條目時，檔案的 group 許可權對應於 ACL 許可權中的 ACL_MASK 條目。否則，當 ACL 許可權中具沒有 ACL_MASK 條目時，檔案的 group 許可權對應於 ACL 許可權中的 ACL_GROUP_OBJ 條目。
  • 檔案的 other 許可權對應於 ACL 許可權中的 ACL_OTHER_OBJ 條目。

檔案的 ugo 許可權總是與對應的 ACL 條目保持一致。修改檔案的 ugo 許可權會導致修改相關的 ACL 條目，同樣的，修改這些 ACL 條目會導致修改對應的 guo 許可權。

新建檔案的 default ACL

一個檔案的 access ACL 會在通過 creat()、mkdir()、mknod()、mkfifo() 和 open() 函式建立該檔案時被初始化。

如果一個目錄被設定了 default ACL，那麼將會由檔案建立函式的 mode 引數和目錄的 default ACL 共通決定新檔案的 ACL 許可權：

  • 新的檔案繼承父目錄的 default ACL 作為自己的 access ACL。
  • 修改與 ugo 許可權對應的 access ACL 條目，使其不包含檔案建立函式的 mode 引數不包含的許可權。

說明：此時 umask 被忽略。

如果一個目錄沒有被設定 default ACL，那麼將由檔案建立函式的 mode 引數和 umask 共同決定新檔案的 ACL 許可權：

  • 新建檔案的 access ACL 包含 ACL_USER_OBJ, ACL_GROUP_OBJ, 和 ACL_OTHER 條目。這些條目的許可權被設定為由 umask 決定的許可權。
  • 修改與 ugo 許可權對應的 access ACL 條目，使其不包含檔案建立函式的 mode 引數不包含的許可權。

檔案許可權檢查的演算法(Access Check Algorithm)

當一個程式訪問(讀、寫、執行)一個被 ACL 保護的檔案時，檔案許可權檢查的演算法決定了是否授權給程式訪問該檔案。
下面我們以 下面我們以虛擬碼的方式來解釋檔案許可權檢查的演算法。
第一步：if 程式的 effective user ID 與檔案 owner 匹配
if ACL 的 ACL_USER_OBJ 條目包含了請求所需的許可權，此時就被授權訪問檔案
else 訪問被拒絕
第二步：else if 程式的 effective user ID 匹配檔案 ACL 許可權中任何一個 ACL_USER 條目中的 user
if 匹配的 ACL_USER 條目和 ACL_MASK 條目包含了請求所需的許可權，此時就被授權訪問檔案
else 訪問被拒絕
第三步：else if 程式的 effective group ID 或者任何一個補充的(supplementary) group ID 匹配檔案的 group 或 ACL 許可權中任何一個 ACL_GROUP 條目的 group
if ACL 許可權包含 ACL_MASK 條目
if ACL_MASK 條目和匹配的任何 ACL_GROUP_OBJ 或 ACL_GROUP 條目包含了請求所需的許可權，此時就被授權訪問檔案
(註釋：ACL_MASK 與其它項是 and 的關係，用來控制最大許可權)
else 訪問被拒絕
else (注意：沒有 ACL_MASK 條目，就沒有 ACL_GROUP 條目)
if ACL_GROUP_OBJ 條目包含了請求所需的許可權，此時就被授權訪問檔案
else 訪問被拒絕
第四步：else if ACL_OTHER 條目包含了請求所需的許可權，此時就被授權訪問檔案
第五步：else 訪問被拒絕

ACL 的文字描述格式

有兩種格式來描述 ACL 條目，分別是長格式和短格式。它們非常類似，都是通過兩個冒號把一個 ACL 條目分為三個部分：
ACL 條目的型別:ACL 條目 qualifier:許可權資訊

我們在前面已經介紹過 ACL 條目的型別，許可權資訊就是用 rwx 來表示的資訊，不支援某個許可權的話可以使用 – 表示。這裡介紹一下 ACL 條目 qualifier(不知道該咋翻譯這貨)。

  • 當 ACL 條目的型別為 ACL_USER 或 ACL_GROUP 時，ACL 條目 qualifier 包含與 ACL 條目關聯的使用者和組的識別符號。
  • 當 ACL 條目的型別為其它時，ACL 條目 qualifier 為空。

其中的使用者識別符號可以是使用者名稱也可以是 user ID，組識別符號可以是組名也可以是 group ID。

下面是一組長格式的示例：
user::rw-
user:tester:rw- #effective:r–
group::r–
group:tester1:rw- #effective:r–
mask::r–
other::r–

下面是一組短格式的示例：
u::rw-,u:tester:rw-,g::r–,g:tester1:rw-,m::r–,o::r–
g:tester1:rw,u:tester:rw,u::wr,g::r,o::r,m::r

解釋幾個常見的許可權變化的例子

前文我們的重點是介紹 ACL 許可權的基本用法。有了本文前面介紹的基礎內容，我們就可以解釋前文中出現的一些比較怪異的現象。
建立使用者 tester, tester1：

先建立檔案 aclfile，檢查其預設的 ACL 許可權資訊：

然後為 tester 使用者賦予讀寫 aclfile 檔案的許可權：

此時檢視 aclfile 檔案的許可權：

貌似並沒有發生什麼變化，只是在描述許可權的地方多出了一個 “+” 號。下面再看看 acl 許可權：

上圖的黃框中出現了 ACL_MASK 條目，這就是我們的第一個問題：
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我們並沒有顯式的設定 ACL_MASK 條目，為什麼它出現了？
An ACL that contains entries of ACL_USER or ACL_GROUP tag types must contain exactly one entry of the ACL_MASK tag type. If an ACL contains no entries of ACL_USER or ACL_GROUP tag types, the ACL_MASK entry is optional.
上面的解釋大意是當新增了 ACL_USER 或 ACL_GROUP 後，必須有一個對應的 ACL_MASK 條目。在當前的情況下，ACL_MASK 是被自動建立的，它的許可權被設定成了 group(其實是 group class) 的許可權即 rw-。
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下面我們接著更新 aclfile 的 ACL 許可權：

檢視檔案許可權：

在修改了 tester 的許可權並新增了 tester1 group 的許可權後，我們看到的組許可權居然變成了 rwx ！
這是我們的第二個問題：
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為什麼 aclfile 檔案的組許可權變成了 rwx？
這是因為我們設定了  u:tester:rwx 導致的：
在設定了 ACL 許可權後，group 顯示的許可權為 ACL_MASK 條目中的許可權。而 ACL_MASK 條目中的許可權表示 ACL_USER、ACL_GROUP_OBJ 和 ACL_GROUP 條目能夠被授予的最大許可權，所以當 tester 被設定了 rwx 許可權時，ACL_MASK 條目中的許可權也發生了相應的變化。並最終導致我們看到了上面的結果：-rw-rwxr–+。
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接下來我們看看 acl 許可權：

使用者 tester 具有 aclfile 的讀寫執行許可權，tester1 group 具有 aclfile 的讀許可權，但是這裡的 mask 卻變成了 rwx！
這是我們的第三個問題：
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上面的設定並沒有顯式的指定 mask 項，為什麼 mask 的值卻變了？
其實我們在第二個問題中已經回答了這個問題，是因為 tester 被設定了 rwx 許可權，最終導致 ACL_MASK 條目中的許可權也發生了相應的變化。

這裡我們可以思考一下：ACL 許可權中為什麼需要 ACL_MASK 條目？
這是一個需要從長計議的話題，我們應該從 ACL 許可權與 ugo 許可權的對應說起。在 ugo 許可權模型中，定義了 3 個 class 來表示 owner、group、other 的許可權。Owner class 表示檔案所有者具有的訪問許可權，group class 表示 owner group 具有的訪問許可權，other class 表示其它使用者所具有的訪問許可權。在沒有顯式的設定 ACL 許可權時，檔案的 ACL 許可權與 ugo 許可權的對應關係如下圖所示：

我們把重點放在 group class 上，此時 group class 的許可權和 owner group 的許可權是完全一樣的。

但是在我們新增了 ACL 許可權之後，情況就變得有些複雜了：

此時 group class 中還可能包含 ACL_USER 和 ACL_GROUP 條目中的許可權。這樣就會出現 owner group 許可權與 group class 不一致的情況。
解決的辦法就是為 ACL 許可權引入 ACL_MASK 條目：

  • 沒有設定 ACL 許可權時，group class 的許可權和 owner group 的許可權是完全一樣的。
  • 設定 ACL 許可權後，group class 的許可權對映到了 ACL_MASK 條目的許可權，ACL_GROUP_OBJ 條目僅僅用來表示 owner group 的許可權。

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最後我們再來設定一下 aclfile 的 mask：

ACL 許可權的最後一道防線就是 mask 。它決定了一個使用者或組能夠得到的最大的許可權。上圖中的 #effective 顯示了對應行的實際許可權。檔案許可權也反應了上面的變化：

我們的最後一個問題：
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為什麼需要 effective 許可權？
ACL_MASK 條目 限制的是 ACL_USER、ACL_GROUP_OBJ 和 ACL_GROUP 條目的最大許可權，所以在應用了 ACL_MASK 條目後，需要通過 effective 許可權來獲得 ACL_USER、ACL_GROUP_OBJ 和 ACL_GROUP 條目的真正許可權(如上圖所示)。當 ACL_USER、ACL_GROUP_OBJ 和 ACL_GROUP 條目包含不包含在 ACL_MASK 條目中的許可權，則該條目後面會有一個 “#” 號和字串 “effective”，以及該條目的有效訪問許可權。
但是 mask 只對 ACL_USER、ACL_GROUP_OBJ 和 ACL_GROUP 條目有影響(紅框中的內容)，對 owner 和 other 的許可權是沒有任何影響的。
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總結

本文先介紹了 ACL 許可權中的基本概念，然後解釋了筆者在使用 ACL 許可權過程中碰到的一些疑問。希望這些內容可以幫助大家更好的理解和使用 ACL 許可權。

參考：
acl man page
POSIX Access Control Lists on Linux

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