Les anneaux de protection système

La série d’articles sur la détection d’intrusion m’aura permis de faire une petite coupure dans la série d’articles sur la virtualisation. Je vais donc reprendre les articles sur la virtualisation. Pour rappel, la plupart des ces articles sur la virtualisation reprennent le contenu de l’AC que j’ai effectué avec Romain Hinfray. Ces articles me permettent de prendre un peu de recul par rapport à cette AC et de compléter avec de nouvelles connaissances.

Avant de pouvoir continuer sur la virtualisation, je souhaite faire un article qui servira de pré-requis à la suite. Je vais parler des anneaux de protection (ou rings pour les anglophones). Cette notion n’est pas seulement utile en virtualisation mais plus largement en systèmes d’exploitation.

Principe des anneaux de protection

Vous avez surement entendu parlé de « Rings » ou d’anneaux si vous avez déjà fait un peu de sécurité des systèmes d’exploitation, de la virtualisation ou de l’électronique informatique. On parlera ici d’anneau de protection afin d’éviter les termes anglophones, nous parlons en Français tout de même. Comme vous commencez sans doute à vous en douter, nous serons ici sur du « bas niveau » au niveau des systèmes d’exploitation.

Nous étudierons tout d’abord l’utilité des anneaux de protection. Comme leur nom l’indique, ils ont pour objectif de fournir une fonction de protection. Cette protection s’applique sur les divers composants applicatifs du système d’exploitation. L’objectif va être d’empêcher divers composants applicatifs d’un système d’exploitation de se modifier entre eux. Vous comprendrez donc qu’une modification d’un composant applicatif par un autre est synonyme de faille de sécurité.

Les composants qui vont nous intéresser plus particulièrement dans le cadre d’un système d’exploitation sont le noyau et les applications. Autant il est tout à fait envisageable que le noyau puisse apporter des modifications aux données dynamiques d’une application, l’inverse l’est beaucoup moins. Ces données dynamiques sont les données stockées en mémoire vive. La mémoire vive est systématiquement amenée à contenir le programme lui-même ainsi que les données qu’il traite. Vous comprenez donc bien l’intérêt d’une protection ou plutôt d’un cloisonnement.

Application aux systèmes x86-32

Dans les systèmes x86-32, il existe 4 anneaux de protection numérotés de 0 à 3. Dans la quasi-totalité des systèmes d’exploitation sans virtualisation, seuls les anneaux 0 et 3 sont utilisés. L’anneau le plus privilégié est l’anneau 0 qui contient le noyau du système d’exploitation. L’anneau le moins privilégié est l’anneau 3 qui contient les applications et leurs données dynamiques. Les deux autres anneaux ne sont pas utilisés. Ils l’ont été dans OS/2 ou bien Netware pour y placer différents pilotes. Le schéma ci-dessous reprend la répartition des composants applicatifs dans un système d’exploitation moderne.

Application à la paravirtualisation

Dans le cadre de la paravirtualisation, le système d’exploitation ne sera pas le premier intermédiaire du matériel mais ce sera l’hyperviseur. Pour des raisons de sécurité, il sera nécessaire de cloisonner le système d’exploitation et l’hyperviseur. Dans ce cas-là, il sera fait usage de l’anneau 1. Nous placerons donc l’hyperviseur dans l’anneau 0 et le système d’exploitation dans l’anneau 1. Les applications restent bien au chaud dans l’anneau 3.

Implémentation des anneaux de protection

Maintenant que je vous ai expliqué tout ceci, l’utilité et l’application des anneaux de protection semble clair. Il manque cependant un élément clé de la compréhension de ce concept : l’implémentation des anneaux de protection. Comment se concrétisent les anneaux de protection ? Où se trouvent-ils dans la nature ?

Les anneaux de protection sont implémentés au niveau de la mémoire vive. Une zone de mémoire vive se voit attribuer une localisation dans un anneau par le système d’exploitation. Un programme contenu dans une zone mémoire attribuée à l’anneau 3 ne pourra pas aller modifier une zone mémoire attribuée à l’anneau 0.