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Caja de arena

omegaUp utiliza Minijail, una herramienta de espacio aislado desarrollada originalmente por Google para Chrome OS, para ejecutar de forma segura el código enviado por el usuario. La zona de pruebas proporciona un aislamiento sólido para evitar que el código malicioso afecte al sistema.

Descripción general

El sandbox intercepta y controla todas las interacciones del sistema desde el código de usuario, asegurando:

  • Aislamiento de procesos: el código se ejecuta en espacios de nombres aislados
  • Filtrado de llamadas al sistema: se bloquean las llamadas peligrosas al sistema
  • Límites de recursos: la memoria, la CPU y el acceso a archivos están restringidos
  • Bloqueo de red: No hay acceso a la red desde el código enviado

Arquitectura

flowchart TD
    subgraph Runner
        Code[User Code] --> Minijail

        subgraph Minijail[Minijail Sandbox]
            Namespaces[Namespace Isolation]
            Seccomp[Seccomp-BPF Filter]
            Limits[Resource Limits]
        end

        Minijail --> Kernel[Linux Kernel]
    end

    Kernel --> |Allowed| Execute[Execute Syscall]
    Kernel --> |Blocked| Kill[Kill Process]

Capas de seguridad

1. Espacios de nombres de Linux

Minijail usa espacios de nombres para aislar el proceso:

Espacio de nombres Aislamiento proporcionado
PID Aislamiento de ID de proceso: no puedo ver otros procesos
NETO Aislamiento de red: sin acceso a la red
MNT Aislamiento de montaje: vista restringida del sistema de archivos
IPC Aislamiento de comunicación entre procesos
USUARIO Mapeo de ID de usuario: se ejecuta como usuario sin privilegios
UTS Aislamiento de nombre de host

2. Filtrado Seccomp-BPF

Las llamadas al sistema se filtran mediante seccomp-BPF:

// Allowed syscalls (essential for execution)
read, write, open, close, fstat, mmap, mprotect, 
munmap, brk, exit_group, arch_prctl, access, 
execve, getpid, getuid, getgid, geteuid, getegid

// Blocked syscalls (dangerous operations)
socket, connect, bind, listen, accept,  // No networking
fork, clone, vfork,                      // No process creation
kill, tkill, tgkill,                     // No signal sending
ptrace,                                  // No debugging
mount, umount, pivot_root,               // No filesystem changes

3. Límites de recursos

Límites aplicados usando setrlimit:

Recurso Límite típico Propósito
Tiempo de CPU 1-60 segundos Evitar bucles infinitos
Memoria 256MB Prevenir el agotamiento de la memoria
Tamaño de archivo 64MB Limitar la producción
Abrir archivos 20 Evitar el agotamiento de los descriptores de archivos
Procesos 1 Sin bifurcación
Tamaño de pila 8 megas Evitar el desbordamiento de la pila

Manejo de llamadas al sistema

El sandbox puede manejar llamadas al sistema de tres maneras:

Permitir

Las llamadas al sistema inofensivas proceden normalmente:

read() → Allow (needed for input)
write() → Allow (needed for output)
mmap() → Allow (needed for memory allocation)

Bloquear/Matar

Llamadas al sistema peligrosas finalizan el proceso:

socket() → EPERM (no networking)
fork() → EPERM (no process creation)
ptrace() → SIGKILL (no debugging)

Reemplazar/Emular

Algunas llamadas al sistema se reemplazan con alternativas seguras:

getpid() → Returns fixed value
gettimeofday() → Returns controlled time

Flujo de ejecución

sequenceDiagram
    participant Runner
    participant Minijail
    participant Kernel
    participant Code

    Runner->>Minijail: Start sandboxed process
    Minijail->>Kernel: Create namespaces
    Minijail->>Kernel: Apply seccomp filter
    Minijail->>Kernel: Set resource limits
    Minijail->>Code: Execute user code

    loop Each syscall
        Code->>Kernel: System call
        Kernel->>Minijail: Check filter
        alt Allowed
            Minijail->>Kernel: Execute
            Kernel->>Code: Return result
        else Blocked
            Minijail->>Code: Return error/kill
        end
    end

    Code->>Runner: Exit
    Runner->>Runner: Collect results

Aislamiento del sistema de archivos

Caminos visibles

El código de usuario solo puede ver:

/usr/lib/          # Shared libraries (read-only)
/lib/              # System libraries (read-only)
/tmp/              # Temporary files (read-write, limited)
/dev/null          # Null device
/dev/urandom       # Random numbers (limited)

Caminos ocultos

Protegido del código de usuario:

/home/             # User data
/etc/              # System configuration
/proc/             # Process information (mostly)
/sys/              # System information
/var/              # Variable data

Configuraciones específicas del idioma

Diferentes idiomas requieren diferentes perfiles de sandbox:

C/C++

Syscalls: minimal set
Filesystem: standard libraries only
Memory: direct allocation

Java

Syscalls: extended for JVM
Filesystem: JRE paths added
Memory: JVM heap management

Pitón

Syscalls: interpreter requirements
Filesystem: Python stdlib paths
Memory: interpreter overhead

Idiomas interpretados

Consideraciones adicionales:

  • Binarios de intérprete accesibles
  • Bibliotecas estándar en la ruta
  • Restricciones de importación de módulos.

Configuración de la minicárcel

Opciones de línea de comando

minijail0 \
    -c 0                    # No capabilities
    -n                      # No new privileges
    -v                      # Mount namespace
    -p                      # PID namespace
    -l                      # IPC namespace
    -e                      # Network namespace
    -r                      # Remount /proc read-only
    -t                      # Mount tmpfs at /tmp
    -b /usr/lib,/usr/lib,0  # Bind mount (read-only)
    -S /path/to/policy.bpf  # Seccomp policy
    -T static               # Static seccomp
    -- /path/to/program     # Program to run

Archivo de política Seccomp

# policy.bpf - Example seccomp policy
read: 1
write: 1
open: 1
close: 1
fstat: 1
mmap: arg2 in ~0x4  # No PROT_EXEC with PROT_WRITE
munmap: 1
brk: 1
exit_group: 1

Detección de errores

Señales de error en tiempo de ejecución

Señal Significado Causa común
SIGSEGV Fallo de segmentación Acceso a memoria no válido
SIGFPE Excepción de coma flotante División por cero
SIGABRT Abortar Fallo de afirmación
SIGKILL Asesinado Violación de llamada al sistema
SIGXCPU Se superó el tiempo de CPU Bucle infinito

Violaciones de la zona de pruebas

Detectado y reportado como RTE con detalles:

Syscall violation: socket (blocked)
Memory limit exceeded: 267386880 > 268435456
Time limit exceeded: 1.023s > 1.000s

Comparación con alternativas

Característica Minicárcel acoplador chroot ruta
Arriba Muy bajo Bajo Muy bajo Alto
Aislamiento Fuerte Fuerte Débil Medio
Filtro de llamada al sistema Sí Sí No Sí
Soporte de espacio de nombres Sí Sí No No
Límites de recursos Sí Sí No No
Complejidad de configuración Medio Bajo Bajo Alto

Consideraciones de seguridad

Defensa en profundidad

El sandbox es una capa de múltiples medidas de seguridad:

  1. Sandbox (Minijail) - Aislamiento de procesos
  2. Contenedor (Docker): aislamiento de servicios
  3. Red - Reglas de firewall
  4. Autenticación - Control de acceso

Limitaciones conocidas

  • No se pueden prevenir todos los ataques de sincronización
  • Alguna fuga de información a través del uso de recursos.
  • Requiere características del kernel de Linux

Prevención de fugas

Las auditorías de seguridad periódicas comprueban:

  • Omisiones del filtro de llamada al sistema
  • Técnicas de escape de espacios de nombres.
  • Elusión del límite de recursos

Solución de problemas

Problemas comunes

Error al inicializar el entorno de pruebas: 

# Check kernel capabilities
cat /proc/sys/kernel/unprivileged_userns_clone
# Should be 1
La llamada al sistema se bloqueó inesperadamente: 
# Run with verbose logging
minijail0 -L -- /path/to/program
Problemas con el límite de memoria: 
# Check cgroup limits
cat /sys/fs/cgroup/memory/omegaup/memory.limit_in_bytes

Documentación relacionada