kernel_hardening_checker/__init__.py

   1 #!/usr/bin/env python3
   2
   3 """
   4 This tool is for checking the security hardening options of the Linux kernel.
   5
   6 Author: Alexander Popov <alex.popov@linux.com>
   7
   8 This module performs input/output.
   9 """
  10
  11 # pylint: disable=missing-function-docstring,line-too-long,invalid-name,too-many-branches,too-many-statements
  12
  13 import gzip
  14 import sys
  15 from argparse import ArgumentParser
  16 from collections import OrderedDict
  17 import re
  18 import json
  19 from .__about__ import __version__
  20 from .checks import add_kconfig_checks, add_cmdline_checks, normalize_cmdline_options, add_sysctl_checks
  21 from .engine import populate_with_data, perform_checks, override_expected_value
  22
  23
  24 def _open(file: str, *args, **kwargs):
  25     open_method = open
  26     if file.endswith('.gz'):
  27         open_method = gzip.open
  28
  29     return open_method(file, *args, **kwargs)
  30
  31
  32 def detect_arch(fname, archs):
  33     with _open(fname, 'rt', encoding='utf-8') as f:
  34         arch_pattern = re.compile(r"CONFIG_[a-zA-Z0-9_]+=y$")
  35         arch = None
  36         for line in f.readlines():
  37             if arch_pattern.match(line):
  38                 option, _ = line[7:].split('=', 1)
  39                 if option in archs:
  40                     if arch is None:
  41                         arch = option
  42                     else:
  43                         return None, 'detected more than one microarchitecture'
  44         if arch is None:
  45             return None, 'failed to detect microarchitecture'
  46         return arch, 'OK'
  47
  48
  49 def detect_kernel_version(fname):
  50     with _open(fname, 'rt', encoding='utf-8') as f:
  51         ver_pattern = re.compile(r"^# Linux/.+ Kernel Configuration$|^Linux version .+")
  52         for line in f.readlines():
  53             if ver_pattern.match(line):
  54                 line = line.strip()
  55                 parts = line.split()
  56                 ver_str = parts[2].split('-', 1)[0]
  57                 ver_numbers = ver_str.split('.')
  58                 if len(ver_numbers) >= 3:
  59                     if all(map(lambda x: x.isdigit(), ver_numbers)):
  60                         return tuple(map(int, ver_numbers)), None
  61                 msg = f'failed to parse the version "{parts[2]}"'
  62                 return None, msg
  63         return None, 'no kernel version detected'
  64
  65
  66 def detect_compiler(fname):
  67     gcc_version = None
  68     clang_version = None
  69     with _open(fname, 'rt', encoding='utf-8') as f:
  70         for line in f.readlines():
  71             if line.startswith('CONFIG_GCC_VERSION='):
  72                 gcc_version = line[19:-1]
  73             if line.startswith('CONFIG_CLANG_VERSION='):
  74                 clang_version = line[21:-1]
  75     if gcc_version is None or clang_version is None:
  76         return None, 'no CONFIG_GCC_VERSION or CONFIG_CLANG_VERSION'
  77     if gcc_version == '0' and clang_version != '0':
  78         return f'CLANG {clang_version}', 'OK'
  79     if gcc_version != '0' and clang_version == '0':
  80         return f'GCC {gcc_version}', 'OK'
  81     sys.exit(f'[!] ERROR: invalid GCC_VERSION and CLANG_VERSION: {gcc_version} {clang_version}')
  82
  83
  84 def print_unknown_options(checklist, parsed_options, opt_type):
  85     known_options = []
  86
  87     for o1 in checklist:
  88         if o1.opt_type != 'complex':
  89             known_options.append(o1.name)
  90             continue
  91         for o2 in o1.opts:
  92             if o2.opt_type != 'complex':
  93                 if hasattr(o2, 'name'):
  94                     known_options.append(o2.name)
  95                 continue
  96             for o3 in o2.opts:
  97                 assert(o3.opt_type != 'complex'), \
  98                        f'unexpected ComplexOptCheck inside {o2.name}'
  99                 if hasattr(o3, 'name'):
 100                     known_options.append(o3.name)
 101
 102     for option, value in parsed_options.items():
 103         if option not in known_options:
 104             print(f'[?] No check for {opt_type} option {option} ({value})')
 105
 106
 107 def print_checklist(mode, checklist, with_results):
 108     if mode == 'json':
 109         output = []
 110         for opt in checklist:
 111             output.append(opt.json_dump(with_results))
 112         print(json.dumps(output))
 113         return
 114
 115     # table header
 116     sep_line_len = 91
 117     if with_results:
 118         sep_line_len += 30
 119     print('=' * sep_line_len)
 120     print(f'{"option_name":^40}|{"type":^7}|{"desired_val":^12}|{"decision":^10}|{"reason":^18}', end='')
 121     if with_results:
 122         print('| check_result', end='')
 123     print()
 124     print('=' * sep_line_len)
 125
 126     # table contents
 127     for opt in checklist:
 128         if with_results:
 129             if mode == 'show_ok':
 130                 if not opt.result.startswith('OK'):
 131                     continue
 132             if mode == 'show_fail':
 133                 if not opt.result.startswith('FAIL'):
 134                     continue
 135         opt.table_print(mode, with_results)
 136         print()
 137         if mode == 'verbose':
 138             print('-' * sep_line_len)
 139     print()
 140
 141     # final score
 142     if with_results:
 143         fail_count = len(list(filter(lambda opt: opt.result.startswith('FAIL'), checklist)))
 144         fail_suppressed = ''
 145         ok_count = len(list(filter(lambda opt: opt.result.startswith('OK'), checklist)))
 146         ok_suppressed = ''
 147         if mode == 'show_ok':
 148             fail_suppressed = ' (suppressed in output)'
 149         if mode == 'show_fail':
 150             ok_suppressed = ' (suppressed in output)'
 151         print(f'[+] Config check is finished: \'OK\' - {ok_count}{ok_suppressed} / \'FAIL\' - {fail_count}{fail_suppressed}')
 152
 153
 154 def parse_kconfig_file(_mode, parsed_options, fname):
 155     with _open(fname, 'rt', encoding='utf-8') as f:
 156         opt_is_on = re.compile(r"CONFIG_[a-zA-Z0-9_]+=.+$")
 157         opt_is_off = re.compile(r"# CONFIG_[a-zA-Z0-9_]+ is not set$")
 158
 159         for line in f.readlines():
 160             line = line.strip()
 161             option = None
 162             value = None
 163
 164             if opt_is_on.match(line):
 165                 option, value = line.split('=', 1)
 166                 if value == 'is not set':
 167                     sys.exit(f'[!] ERROR: bad enabled Kconfig option "{line}"')
 168             elif opt_is_off.match(line):
 169                 option, value = line[2:].split(' ', 1)
 170                 assert(value == 'is not set'), \
 171                        f'unexpected value of disabled Kconfig option "{line}"'
 172             elif line != '' and not line.startswith('#'):
 173                 sys.exit(f'[!] ERROR: unexpected line in Kconfig file: "{line}"')
 174
 175             if option in parsed_options:
 176                 sys.exit(f'[!] ERROR: Kconfig option "{line}" is found multiple times')
 177
 178             if option:
 179                 parsed_options[option] = value
 180
 181
 182 def parse_cmdline_file(mode, parsed_options, fname):
 183     with open(fname, 'r', encoding='utf-8') as f:
 184         line = f.readline()
 185         opts = line.split()
 186
 187         line = f.readline()
 188         if line:
 189             sys.exit(f'[!] ERROR: more than one line in "{fname}"')
 190
 191         for opt in opts:
 192             if '=' in opt:
 193                 name, value = opt.split('=', 1)
 194             else:
 195                 name = opt
 196                 value = '' # '' is not None
 197             if name in parsed_options and mode != 'json':
 198                 print(f'[!] WARNING: cmdline option "{name}" is found multiple times')
 199             value = normalize_cmdline_options(name, value)
 200             parsed_options[name] = value
 201
 202
 203 def parse_sysctl_file(mode, parsed_options, fname):
 204     with open(fname, 'r', encoding='utf-8') as f:
 205         sysctl_pattern = re.compile(r"[a-zA-Z0-9/\._-]+ =.*$")
 206         for line in f.readlines():
 207             line = line.strip()
 208             if not sysctl_pattern.match(line):
 209                 sys.exit(f'[!] ERROR: unexpected line in sysctl file: "{line}"')
 210             option, value = line.split('=', 1)
 211             option = option.strip()
 212             value = value.strip()
 213             # sysctl options may be found multiple times, let's save the last value:
 214             parsed_options[option] = value
 215
 216     # let's check the presence of some ancient sysctl option
 217     # to ensure that we are parsing the output of `sudo sysctl -a > file`
 218     if 'kernel.printk' not in parsed_options:
 219         sys.exit(f'[!] ERROR: {fname} doesn\'t look like a sysctl output file, please try `sudo sysctl -a > {fname}`')
 220
 221     # let's check the presence of a sysctl option available for root
 222     if 'net.core.bpf_jit_harden' not in parsed_options and mode != 'json':
 223         print(f'[!] WARNING: sysctl option "net.core.bpf_jit_harden" available for root is not found in {fname}, please try `sudo sysctl -a > {fname}`')
 224
 225
 226 def main():
 227     # Report modes:
 228     #   * verbose mode for
 229     #     - reporting about unknown kernel options in the Kconfig
 230     #     - verbose printing of ComplexOptCheck items
 231     #   * json mode for printing the results in JSON format
 232     report_modes = ['verbose', 'json', 'show_ok', 'show_fail']
 233     supported_archs = ['X86_64', 'X86_32', 'ARM64', 'ARM']
 234     parser = ArgumentParser(prog='kernel-hardening-checker',
 235                             description='A tool for checking the security hardening options of the Linux kernel')
 236     parser.add_argument('--version', action='version', version=f'%(prog)s {__version__}')
 237     parser.add_argument('-m', '--mode', choices=report_modes,
 238                         help='choose the report mode')
 239     parser.add_argument('-c', '--config',
 240                         help='check the security hardening options in the kernel Kconfig file (also supports *.gz files)')
 241     parser.add_argument('-l', '--cmdline',
 242                         help='check the security hardening options in the kernel cmdline file (contents of /proc/cmdline)')
 243     parser.add_argument('-s', '--sysctl',
 244                         help='check the security hardening options in the sysctl output file (`sudo sysctl -a > file`)')
 245     parser.add_argument('-v', '--kernel-version',
 246                         help='extract the version from the kernel version file (contents of /proc/version)')
 247     parser.add_argument('-p', '--print', choices=supported_archs,
 248                         help='print the security hardening recommendations for the selected microarchitecture')
 249     parser.add_argument('-g', '--generate', choices=supported_archs,
 250                         help='generate a Kconfig fragment with the security hardening options for the selected microarchitecture')
 251     args = parser.parse_args()
 252
 253     mode = None
 254     if args.mode:
 255         mode = args.mode
 256         if mode != 'json':
 257             print(f'[+] Special report mode: {mode}')
 258
 259     config_checklist = []
 260
 261     if args.config:
 262         if args.print:
 263             sys.exit('[!] ERROR: --config and --print can\'t be used together')
 264         if args.generate:
 265             sys.exit('[!] ERROR: --config and --generate can\'t be used together')
 266
 267         if mode != 'json':
 268             print(f'[+] Kconfig file to check: {args.config}')
 269             if args.cmdline:
 270                 print(f'[+] Kernel cmdline file to check: {args.cmdline}')
 271             if args.sysctl:
 272                 print(f'[+] Sysctl output file to check: {args.sysctl}')
 273
 274         arch, msg = detect_arch(args.config, supported_archs)
 275         if arch is None:
 276             sys.exit(f'[!] ERROR: {msg}')
 277         if mode != 'json':
 278             print(f'[+] Detected microarchitecture: {arch}')
 279
 280         if args.kernel_version:
 281             kernel_version, msg = detect_kernel_version(args.kernel_version)
 282         else:
 283             kernel_version, msg = detect_kernel_version(args.config)
 284         if kernel_version is None:
 285             if args.kernel_version is None:
 286                 print('[!] Hint: provide the kernel version file through --kernel-version option')
 287             sys.exit(f'[!] ERROR: {msg}')
 288         if mode != 'json':
 289             print(f'[+] Detected kernel version: {kernel_version}')
 290
 291         compiler, msg = detect_compiler(args.config)
 292         if mode != 'json':
 293             if compiler:
 294                 print(f'[+] Detected compiler: {compiler}')
 295             else:
 296                 print(f'[-] Can\'t detect the compiler: {msg}')
 297
 298         # add relevant Kconfig checks to the checklist
 299         add_kconfig_checks(config_checklist, arch)
 300
 301         if args.cmdline:
 302             # add relevant cmdline checks to the checklist
 303             add_cmdline_checks(config_checklist, arch)
 304
 305         if args.sysctl:
 306             # add relevant sysctl checks to the checklist
 307             add_sysctl_checks(config_checklist, arch)
 308
 309         # populate the checklist with the parsed Kconfig data
 310         parsed_kconfig_options = OrderedDict()
 311         parse_kconfig_file(mode, parsed_kconfig_options, args.config)
 312         populate_with_data(config_checklist, parsed_kconfig_options, 'kconfig')
 313
 314         # populate the checklist with the kernel version data
 315         populate_with_data(config_checklist, kernel_version, 'version')
 316
 317         if args.cmdline:
 318             # populate the checklist with the parsed cmdline data
 319             parsed_cmdline_options = OrderedDict()
 320             parse_cmdline_file(mode, parsed_cmdline_options, args.cmdline)
 321             populate_with_data(config_checklist, parsed_cmdline_options, 'cmdline')
 322
 323         if args.sysctl:
 324             # populate the checklist with the parsed sysctl data
 325             parsed_sysctl_options = OrderedDict()
 326             parse_sysctl_file(mode, parsed_sysctl_options, args.sysctl)
 327             populate_with_data(config_checklist, parsed_sysctl_options, 'sysctl')
 328
 329         # hackish refinement of the CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS check
 330         mmap_rnd_bits_max = parsed_kconfig_options.get('CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS_MAX', None)
 331         if mmap_rnd_bits_max:
 332             override_expected_value(config_checklist, 'CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS', mmap_rnd_bits_max)
 333         else:
 334             # remove the CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS check to avoid false results
 335             if mode != 'json':
 336                 print('[-] Can\'t check CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS without CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS_MAX')
 337             config_checklist[:] = [o for o in config_checklist if o.name != 'CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS']
 338
 339         # now everything is ready, perform the checks
 340         perform_checks(config_checklist)
 341
 342         if mode == 'verbose':
 343             # print the parsed options without the checks (for debugging)
 344             print_unknown_options(config_checklist, parsed_kconfig_options, 'kconfig')
 345             if args.cmdline:
 346                 print_unknown_options(config_checklist, parsed_cmdline_options, 'cmdline')
 347             if args.sysctl:
 348                 print_unknown_options(config_checklist, parsed_sysctl_options, 'sysctl')
 349
 350         # finally print the results
 351         print_checklist(mode, config_checklist, True)
 352         sys.exit(0)
 353     elif args.cmdline:
 354         sys.exit('[!] ERROR: checking cmdline depends on checking Kconfig')
 355     elif args.sysctl:
 356         # separate sysctl checking (without kconfig)
 357         assert(args.config is None and args.cmdline is None), 'unexpected args'
 358         if args.print:
 359             sys.exit('[!] ERROR: --sysctl and --print can\'t be used together')
 360         if args.generate:
 361             sys.exit('[!] ERROR: --sysctl and --generate can\'t be used together')
 362
 363         if mode != 'json':
 364             print(f'[+] Sysctl output file to check: {args.sysctl}')
 365
 366         # add relevant sysctl checks to the checklist
 367         add_sysctl_checks(config_checklist, None)
 368
 369         # populate the checklist with the parsed sysctl data
 370         parsed_sysctl_options = OrderedDict()
 371         parse_sysctl_file(mode, parsed_sysctl_options, args.sysctl)
 372         populate_with_data(config_checklist, parsed_sysctl_options, 'sysctl')
 373
 374         # now everything is ready, perform the checks
 375         perform_checks(config_checklist)
 376
 377         if mode == 'verbose':
 378             # print the parsed options without the checks (for debugging)
 379             print_unknown_options(config_checklist, parsed_sysctl_options, 'sysctl')
 380
 381         # finally print the results
 382         print_checklist(mode, config_checklist, True)
 383         sys.exit(0)
 384
 385     if args.print:
 386         assert(args.config is None and args.cmdline is None and args.sysctl is None), 'unexpected args'
 387         if args.generate:
 388             sys.exit('[!] ERROR: --print and --generate can\'t be used together')
 389         if mode and mode not in ('verbose', 'json'):
 390             sys.exit(f'[!] ERROR: wrong mode "{mode}" for --print')
 391         arch = args.print
 392         add_kconfig_checks(config_checklist, arch)
 393         add_cmdline_checks(config_checklist, arch)
 394         add_sysctl_checks(config_checklist, arch)
 395         if mode != 'json':
 396             print(f'[+] Printing kernel security hardening options for {arch}...')
 397         print_checklist(mode, config_checklist, False)
 398         sys.exit(0)
 399
 400     if args.generate:
 401         assert(args.config is None and args.cmdline is None and args.sysctl is None and args.print is None), 'unexpected args'
 402         if mode:
 403             sys.exit(f'[!] ERROR: wrong mode "{mode}" for --generate')
 404         arch = args.generate
 405         add_kconfig_checks(config_checklist, arch)
 406         print(f'CONFIG_{arch}=y') # the Kconfig fragment should describe the microarchitecture
 407         for opt in config_checklist:
 408             if opt.name == 'CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS':
 409                 continue # don't add CONFIG_ARCH_MMAP_RND_BITS because its value needs refinement
 410             if opt.expected == 'is not off':
 411                 continue # don't add Kconfig options without explicitly recommended values
 412             if opt.expected == 'is not set':
 413                 print(f'# {opt.name} is not set')
 414             else:
 415                 print(f'{opt.name}={opt.expected}')
 416         sys.exit(0)
 417
 418     parser.print_help()
 419     sys.exit(0)