文件访问权限：更改用户ID

本文来探讨一下通过更改用户ID来获取合适的文件访问权限。由于更改组ID的规则与用户ID相同，我们在这里只探讨用户ID。

纸上得来终觉浅

先了解以下几个基本知识：

1. 用户ID包括：实际用户ID、有效用户ID、保存的设置用户ID。其中保存的设置用户ID由exec函数保存。
2. 实际用户ID标识我们究竟是谁，该字段在登录时取自口令文件中的登录项。通常，在一个登录会话期间该值不会改变，但root用户进程有方法改变它。
3. 有效用户ID决定了我们的文件访问权限。
4. 保存的设置用户ID在执行一个程序时包含了有效用户ID的副本。
5. 通常，有效用户ID等于实际用户ID。
6. 当执行一个程序文件时，进程的有效用户ID通常就是实际用户ID。但是可以在文件模式字（st_mode）中设置一个特殊标志，其含义是“当执行此文件时，将进程的有效用户ID设置为文件所有者的用户ID（st_uid）”。这个特殊标志被称为设置用户ID（set-user-ID）位。

更改这3个用户ID的不同方法总结如下：

更改3个用户ID的不同方法

ID	exec		setuid(uid)
	设置用户ID位关闭	设置用户ID位打开	超级用户	非特权用户
实际用户ID	不变	不变	设为uid	不变
有效用户ID	不变	设置为程序文件的用户ID	设为uid	设为uid
保存的设置用户ID	从有效用户ID复制	从有效用户ID复制	设为uid	不变

关于以上几点，我们参考一下《Unix高级环境编程》一书中给出的一个例子：

Unix系统程序/usr/bin/passwd是一个设置用户ID程序，该文件的所有者是root用户，而且设置了该文件的设置用户ID位。那么当这个程序文件由一个进程执行时，该进程具有root用户权限。不管执行此文件的进程的实际用户ID是什么，都会是这样，因为该进程的权限不是由实际用户ID决定的，而是由有效用户ID决定的。系统程序/usr/bin/passwd应该能将用户的新口令写入口令文件（一般是/etc/passwd 或 /etc/shadow）中，而只有root用户才具有对该文件的写权限，所以需要使用设置用户ID功能。因为运行设置用户ID程序的进程通常会得到额外的权限，所以编写这种程序时要特别谨慎。

绝知此事要躬行

假设一台Linux主机上有2个用户：Jim（实际用户ID为1000）和Lucy（实际用户ID为1001）。

Jim在自己的主目录下有一个文件test.txt，只有自己才能读写。该文件的访问权限如下所示：

Jim@linux:~$ ls -l test.txt
-rw------- 1 Jim Jim 13 Sep 13 17:07 /home/Jim/test.txt

Lucy想查看该文件，却没有相应的权限，因此会被拒绝：

Lucy@linux:~$ cat /home/Jim/test.txt
cat: /home/Jim/test.txt: Permission denied

Lucy@linux:~$ sudo cat /home/Jim/test.txt
[sudo] password for Lucy:
hello world!

结果Lucy使用root权限强行查看了Jim的test.txt文件。这就没什么好说的了。不过，我们还是建议，在Linux上能不用root权限就不用root权限，用多了可能会伤及无辜。

我们自己的数据文件要由我们自己来保护。Jim可以编写一个设置用户ID程序，Lucy通过执行这个程序，就可以查看Jim的test.txt文件。代码如下：

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>

 #define BUF_LEN (256)

 int main(void)
 {
     FILE * fp = NULL;
     char buf[BUF_LEN] = {};

     uid_t real_uid, effect_uid, saved_uid;

     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -) {
         perror("getresuid");
         return -;
     }

     printf("===== before setuid =====\n");

     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d\n\n", real_uid, effect_uid, saved_uid);

     /*
      * the first important thing this program does is reduce its privilege by using setuid function.
      * otherwise we can not protect our data file.
      */

     // we reduce this program's privilege to real_uid.
     if (setuid(real_uid) == -) {
         perror("setuid");
         return -;
     }

     printf("====== after setuid with real_uid =====\n");

     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -) {
         perror("getresuid");
         return -;
     }

     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d\n\n", real_uid, effect_uid, saved_uid);

     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
     if (fp == NULL) {
         printf("\n##### error #####\n");
         perror("fopen");
         printf("##### error #####\n\n");
     }

     // now we raise this program's privilege to saved_uid.
     if (setuid(saved_uid) == -) {
         perror("setuid");
         return -;
     }

     printf("====== after setuid with saved_uid =====\n");

     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -) {
         perror("getresuid");
         return -;
     }

     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d\n\n", real_uid, effect_uid, saved_uid);

     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
     if (fp == NULL) {
         printf("\n##### error #####\n");
         perror("fopen");
         printf("##### error #####\n\n");

         return -;
     }

     printf("\n----- file read -----\n");
     while (fgets(buf, BUF_LEN, fp))
         printf("%s", buf);

     if (feof(fp))
         printf("\nfile reach end!\n");
     else
         ferror(fp);
     printf("----- file close -----\n\n");

     fclose(fp);

     // reduce this program's privilege by setting effect_uid to saved_uid
     if (seteuid(saved_uid) == -) {
         perror("seteuid");
         return -;
     }

     printf("====== after seteuid with saved_uid =====\n");

     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -) {
         perror("getresuid");
         return -;
     }

     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d\n\n", real_uid, effect_uid, saved_uid);

     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
     if (fp == NULL) {
         printf("\n##### error #####\n");
         perror("fopen");
         printf("##### error #####\n\n");
     } else {
         printf("file opened!\n\n");
         fclose(fp);
     }

     // reduce this program's privilege by setting effect_uid to real_uid
     if (seteuid(real_uid) == -) {
         perror("seteuid");
         return -;
     }

     printf("====== after seteuid with real_uid =====\n");

     if (getresuid(&real_uid, &effect_uid, &saved_uid) == -) {
         perror("getresuid");
         return -;
     }

     printf("real_uid = %d, effect_uid = %d, saved_uid = %d\n\n", real_uid, effect_uid, saved_uid);

     fp = fopen("/home/Jim/test.txt", "r");
     if (fp == NULL) {
         printf("\n##### error #####\n");
         perror("fopen");
         printf("##### error #####\n\n");
     } else {
         printf("file opened!\n\n");
         fclose(fp);
     }

     return ;
 }

编译该程序的时候要加上_GNU_SOURCE标志（用于getresuid函数），编译完成之后还要打开该程序的设置用户ID标志位。

Jim@linux:~$ gcc uid_test.c -o uid_test -D _GNU_SOURCE
Jim@linux:~$ chmod u+s uid_test

Jim@linux:~$ ls -l uid_test
-rwsrwxr-x 1 Jim Jim 7726 Sep 14 17:19 /home/Jim/uid_test

从上面的命令输出中可以看到，uid_test程序的设置用户ID标志位已经打开。Lucy可以使用这个程序来查看Jim的test.txt文件。

Lucy@linux:~$ /home/Jim/uid_test
===== before setuid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000

====== after setuid with real_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1001, saved_uid = 1000

##### error #####
fopen: Permission denied
##### error #####

====== after setuid with saved_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000

----- file read -----
hello world!

file reach end!
----- file close -----

====== after seteuid with saved_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1000, saved_uid = 1000

file opened!

====== after seteuid with real_uid =====
real_uid = 1001, effect_uid = 1001, saved_uid = 1000

##### error #####
fopen: Permission denied
##### error #####

Lucy@linux:~$

从上面的输出中可以看出，通过改变用户ID可以控制程序的访问权限。

另外注意

setuid函数与seteuid函数的区别：

相同之处：对于一个非特权用户来说，两者都可以将进程的有效用户ID设置为其实际用户ID或其保存的设置用户ID。

不同之处：对于一个特权用户来说，setuid(uid)函数将实际用户ID、有效用户ID以及保存的设置用户ID设为uid；而seteuid(uid)函数只将进程的有效用户ID设为uid。

还是那句话：因为运行设置用户ID程序的进程通常会得到额外的权限，所以编写这种程序时要特别谨慎。