Вопрос или проблема
Согласно моему пониманию:
- Я могу эмулировать многие разные архитектуры и системы с помощью qemu как процесса пользовательского режима.
- Каждый процесс имеет отдельное пользовательское адресное пространство.
- Если злонамеренный процесс сможет вырваться из эмуляции, он может скомпрометировать пользователя процесса и получить права root оттуда.
- Из-за высоких привилегий, необходимых для аппаратной виртуализации, если злонамеренный процесс вырвется из аппаратной виртуализации, процесс обычно сможет напрямую получить права root.
- Для аппаратной виртуализации, если в аппаратном обеспечении (реализация Intel VT/AMD-V) есть ошибка, злонамеренному процессу в госте будет проще воспользоваться аппаратной ошибкой, чем если бы он находился в эмулированной среде.
- Паравиртуализация/прямой доступ к другим ресурсам увеличивает риски, но это не относится к общему вопросу здесь.
Это правда? Делает ли это эмуляцию/программную виртуализацию более безопасной/изолированной, чем аппаратная виртуализация?
Я не считаю, что одна из них более безопасна, чем другая. Эти разные изоляции работают на разных частях системы и имеют разные функции. Пытаться сравнить их внутреннюю безопасность, игнорируя контекст, в котором они используются, похоже на сравнение безопасности корабля с безопасностью автомобиля — можно попробовать, но выводы, скорее всего, окажутся бесполезными.
То, что называется “аппаратной изоляцией”, на практике является скорее аппаратно-ассистированной программной изоляцией, т.е. используются различные кольца ЦП для изоляции гипервизора, ядра и пользовательского пространства и ограничения взаимодействия на четко определенный путь, разделение памяти на основе ЦП/MMU используется для разделения памяти процессов внутри ОС …
И не так, что можно получить те же свойства изоляции, что предоставляет аппаратное обеспечение, просто с помощью программного обеспечения. Если нет аппаратно-ассистированной изоляции памяти, а только плоская память, где каждый процесс может получить доступ ко всему, то построить надежную изоляцию памяти на этом будет действительно трудно. И, вероятно, это будет медленно, что делает это неприемлемым.
Это часто используется для запуска устаревшего программного обеспечения на современном оборудовании. С точки зрения изоляции и безопасности эмуляция может обеспечить высокую степень изоляции, поскольку создает виртуальную среду, которая полностью отделена от хост-системы.
Однако безопасность эмуляции зависит от точности программного обеспечения для эмуляции. Если в программном обеспечении для эмуляции есть какие-либо уязвимости, их можно потенциально использовать для получения доступа к хост-системе.
Программная виртуализация может обеспечить высокую степень изоляции и безопасности, но она все равно уязвима для определенных типов атак, таких как атаки через побочные каналы.
Аппаратная виртуализация, также известная как аппаратно-ассистированная виртуализация, включает в себя использование специальных аппаратных функций, таких как Intel VT-x или AMD-V, для улучшения производительности и безопасности виртуализации.
Аппаратная виртуализация может предоставить более высокую степень изоляции и безопасности, чем программная виртуализация, поскольку она разгружает некоторые задачи виртуализации на аппаратное обеспечение, которое обычно более безопасно, чем программное обеспечение. Тем не менее, аппаратная виртуализация все еще уязвима для определенных типов атак, таких как атаки на гипервизор.
С практической точки зрения у нас есть популярные приложения виртуализации для потребителей, такие как VMWare Workstation и VirtualBox, и обе имели проблемы с безопасностью, независимо от того, предоставляли ли они программную или аппаратную виртуализацию. Последняя является относительно недавним явлением.
Если вам нужна абсолютная безопасность, вы запускаете программное обеспечение, которому не можете доверять, на отдельном компьютере, который изолирован от вашей сети. Другого способа нет.
Существует черный рынок для еще не выявленных уязвимостей программного обеспечения, и атаки на гипервизоры — это очень актуальная тема, поэтому, если кто-то нацелился именно на вас, у него есть шанс вырваться из виртуализации и скомпрометировать вашу систему, несмотря на это.
Ответ или решение
Эмуляция и виртуализация программного обеспечения действительно предоставляют свою форму изоляции и безопасности, однако важно учесть, что каждый метод имеет свои особенности, преимущества и недостатки в контексте системной архитектуры и моделирования. Давайте подробно рассмотрим, как различаются эти подходы.
### 1. Изоляция и безопасность программной виртуализации
Эмуляция, как, например, с использованием QEMU, позволяет запускать различные архитектуры и системы, что дает уникальную возможность для создания изолированного окружения. Программная виртуализация работает на уровне пользовательского пространства, обеспечивая отдельное адресное пространство для каждого процесса. Это значит, что процесс, находящийся внутри эмуляции, теоретически изолирован от остальной системы. Однако, в случае если злоумышленник найдет способ сбежать из эмуляции, он может получить доступ к родительской среде и, потенциально, к правам администратора (root).
### 2. Преимущества аппаратной виртуализации
Аппаратная виртуализация (например, с использованием Intel VT-x или AMD-V) предлагает преимущества, вытекающие из использования аппаратных функций для улучшения производительности и безопасности виртуализации. Она создает более надежные механизмы изоляции за счет использования аппаратных средств, которые способствуют снижению рисков. Однако, как и программная виртуализация, аппаратная имеет свои уязвимости, особенно в контексте атак на гипервизоры. Если злоумышленник сможет воспользоваться уязвимостью в гипервизоре, он может получить полный контроль над системой, что делает аппаратную виртуализацию в этом контексте менее безопасной.
### 3. Сравнение уровня безопасности
Сравнивать безопасность между программной и аппаратной виртуализацией сложно, так как они работают на разных уровнях системы. Программная виртуализация может предложить высокую степень изоляции, но ее безопасность во многом зависит от качества и надежности программного обеспечения. Ошибки и уязвимости в эмуляторе могут подвергнуть риску всю среду, включая хост-систему.
Что касается аппаратной виртуализации, она может предлагать больше преимуществ за счет аппаратной защиты памяти и строго различенного доступа к ресурсам. Однако, в случае наличия уязвимости в аппаратном обеспечении (например, ошибки в реализации Intel VT или AMD-V), злоумышленнику будет проще использовать эти слабости для проникновения в систему.
### 4. Практическая реализация
На практике, несмотря на различия в подходах, ни один из методов не гарантирует абсолютной безопасности. Как показывает опыт использования популярных платформ виртуализации, таких как VMware Workstation и VirtualBox, даже они подвержены угрозам независимо от выбранного метода виртуализации. Если требуется максимальная безопасность, лучший подход — изолировать ненадежное ПО на отдельной физической машине вдали от сети.
### Заключение
В заключение, сравнивая эмуляцию и аппаратную виртуализацию, стоит отметить, что оба метода имеют свои уникальные аспекты безопасности и изоляции. Эмуляция может предоставить отличную изоляцию, но зависит от надежности программного обеспечения, тогда как аппаратная виртуализация использует аппаратные преимущества для повышения защиты, но может быть уязвима к атакам на уровень гипервизора. Решение о том, какой метод использования выбрать, должно основываться на специфике вашего окружения, потребностях в безопасности и технических возможностях.