docs/security.texi

   1 @node Security
   2 @chapter Security
   3
   4 @section Overview
   5
   6 This chapter explains the security requirements that QEMU is designed to meet
   7 and principles for securely deploying QEMU.
   8
   9 @section Security Requirements
  10
  11 QEMU supports many different use cases, some of which have stricter security
  12 requirements than others.  The community has agreed on the overall security
  13 requirements that users may depend on.  These requirements define what is
  14 considered supported from a security perspective.
  15
  16 @subsection Virtualization Use Case
  17
  18 The virtualization use case covers cloud and virtual private server (VPS)
  19 hosting, as well as traditional data center and desktop virtualization.  These
  20 use cases rely on hardware virtualization extensions to execute guest code
  21 safely on the physical CPU at close-to-native speed.
  22
  23 The following entities are untrusted, meaning that they may be buggy or
  24 malicious:
  25
  26 @itemize
  27 @item Guest
  28 @item User-facing interfaces (e.g. VNC, SPICE, WebSocket)
  29 @item Network protocols (e.g. NBD, live migration)
  30 @item User-supplied files (e.g. disk images, kernels, device trees)
  31 @item Passthrough devices (e.g. PCI, USB)
  32 @end itemize
  33
  34 Bugs affecting these entities are evaluated on whether they can cause damage in
  35 real-world use cases and treated as security bugs if this is the case.
  36
  37 @subsection Non-virtualization Use Case
  38
  39 The non-virtualization use case covers emulation using the Tiny Code Generator
  40 (TCG).  In principle the TCG and device emulation code used in conjunction with
  41 the non-virtualization use case should meet the same security requirements as
  42 the virtualization use case.  However, for historical reasons much of the
  43 non-virtualization use case code was not written with these security
  44 requirements in mind.
  45
  46 Bugs affecting the non-virtualization use case are not considered security
  47 bugs at this time.  Users with non-virtualization use cases must not rely on
  48 QEMU to provide guest isolation or any security guarantees.
  49
  50 @section Architecture
  51
  52 This section describes the design principles that ensure the security
  53 requirements are met.
  54
  55 @subsection Guest Isolation
  56
  57 Guest isolation is the confinement of guest code to the virtual machine.  When
  58 guest code gains control of execution on the host this is called escaping the
  59 virtual machine.  Isolation also includes resource limits such as throttling of
  60 CPU, memory, disk, or network.  Guests must be unable to exceed their resource
  61 limits.
  62
  63 QEMU presents an attack surface to the guest in the form of emulated devices.
  64 The guest must not be able to gain control of QEMU.  Bugs in emulated devices
  65 could allow malicious guests to gain code execution in QEMU.  At this point the
  66 guest has escaped the virtual machine and is able to act in the context of the
  67 QEMU process on the host.
  68
  69 Guests often interact with other guests and share resources with them.  A
  70 malicious guest must not gain control of other guests or access their data.
  71 Disk image files and network traffic must be protected from other guests unless
  72 explicitly shared between them by the user.
  73
  74 @subsection Principle of Least Privilege
  75
  76 The principle of least privilege states that each component only has access to
  77 the privileges necessary for its function.  In the case of QEMU this means that
  78 each process only has access to resources belonging to the guest.
  79
  80 The QEMU process should not have access to any resources that are inaccessible
  81 to the guest.  This way the guest does not gain anything by escaping into the
  82 QEMU process since it already has access to those same resources from within
  83 the guest.
  84
  85 Following the principle of least privilege immediately fulfills guest isolation
  86 requirements.  For example, guest A only has access to its own disk image file
  87 @code{a.img} and not guest B's disk image file @code{b.img}.
  88
  89 In reality certain resources are inaccessible to the guest but must be
  90 available to QEMU to perform its function.  For example, host system calls are
  91 necessary for QEMU but are not exposed to guests.  A guest that escapes into
  92 the QEMU process can then begin invoking host system calls.
  93
  94 New features must be designed to follow the principle of least privilege.
  95 Should this not be possible for technical reasons, the security risk must be
  96 clearly documented so users are aware of the trade-off of enabling the feature.
  97
  98 @subsection Isolation mechanisms
  99
 100 Several isolation mechanisms are available to realize this architecture of
 101 guest isolation and the principle of least privilege.  With the exception of
 102 Linux seccomp, these mechanisms are all deployed by management tools that
 103 launch QEMU, such as libvirt.  They are also platform-specific so they are only
 104 described briefly for Linux here.
 105
 106 The fundamental isolation mechanism is that QEMU processes must run as
 107 unprivileged users.  Sometimes it seems more convenient to launch QEMU as
 108 root to give it access to host devices (e.g. @code{/dev/net/tun}) but this poses a
 109 huge security risk.  File descriptor passing can be used to give an otherwise
 110 unprivileged QEMU process access to host devices without running QEMU as root.
 111 It is also possible to launch QEMU as a non-root user and configure UNIX groups
 112 for access to @code{/dev/kvm}, @code{/dev/net/tun}, and other device nodes.
 113 Some Linux distros already ship with UNIX groups for these devices by default.
 114
 115 @itemize
 116 @item SELinux and AppArmor make it possible to confine processes beyond the
 117 traditional UNIX process and file permissions model.  They restrict the QEMU
 118 process from accessing processes and files on the host system that are not
 119 needed by QEMU.
 120
 121 @item Resource limits and cgroup controllers provide throughput and utilization
 122 limits on key resources such as CPU time, memory, and I/O bandwidth.
 123
 124 @item Linux namespaces can be used to make process, file system, and other system
 125 resources unavailable to QEMU.  A namespaced QEMU process is restricted to only
 126 those resources that were granted to it.
 127
 128 @item Linux seccomp is available via the QEMU @option{--sandbox} option.  It disables
 129 system calls that are not needed by QEMU, thereby reducing the host kernel
 130 attack surface.
 131 @end itemize