问题

病毒会不会逃出虚拟机?

回答
病毒是否会“逃出”虚拟机,这是一个非常有趣且重要的问题。简单来说,答案是 “有可能,但非常困难,并且通常需要特定的漏洞和技术”。

为了详细解释,我们需要从几个方面来理解:

1. 虚拟机的基本原理:隔离与模拟

虚拟机 (VM) 的核心理念是 隔离。它模拟了一个独立的物理硬件环境,包括CPU、内存、硬盘、网卡等。操作系统(宿主机操作系统)运行在物理硬件上,而虚拟机软件(如VMware, VirtualBox, HyperV)则在宿主机操作系统上运行。虚拟机内的客户机操作系统和运行在其上的程序,认为自己运行在真实的硬件上,但实际上它们的所有硬件访问请求都被虚拟机软件拦截、翻译和管理。

这种模拟和拦截机制是实现隔离的关键:

硬件模拟: 虚拟机软件负责模拟各种硬件设备,并为客户机操作系统提供一个标准化的硬件接口。
CPU虚拟化: 利用CPU的虚拟化技术(如Intel VTx, AMDV),虚拟机可以安全地运行特权指令,但这些指令会被虚拟机监视器(VMM,即虚拟机软件的核心部分)捕获和处理,防止其直接影响宿主机。
内存隔离: 虚拟机内的内存是分配在宿主机内存中的一部分,并被标记为属于特定的虚拟机。宿主机操作系统和虚拟机软件负责管理这些内存映射,防止虚拟机直接访问宿主机或其他虚拟机的内存。
I/O虚拟化: 对硬盘、网卡等设备的访问会被虚拟机软件截获,并根据配置转发到宿主机上的物理设备,或者重定向到虚拟机特定的虚拟磁盘文件。

2. 病毒如何尝试“逃逸”?

病毒(在这里我们泛指恶意软件)的目的是感染、控制或窃取信息。当病毒运行在虚拟机中时,它会尝试利用各种途径来达到这些目的。所谓的“逃逸”,本质上是指病毒能够突破虚拟机提供的隔离边界,对宿主机操作系统或宿主机上的其他虚拟机造成影响。

以下是病毒可能尝试利用的“逃逸”途径:

虚拟机软件本身的漏洞(虚拟机逃逸漏洞): 这是最常见也是最危险的逃逸方式。虚拟机软件(VMM)是虚拟机和宿主机之间的唯一接口,如果VMM本身存在安全漏洞,恶意软件就可以利用这些漏洞来绕过隔离机制,执行任意代码在宿主机上。
常见的漏洞类型:
内存损坏漏洞(内存溢出、越界读写): 如果虚拟机软件在处理来自客户机操作系统的数据时,由于错误地处理内存分配或访问,导致内存损坏,病毒就有可能写入任意内存区域,甚至覆盖关键的VMM代码,从而执行任意指令。
缓冲区溢出: 类似于内存损坏,当接收的数据超过预分配的缓冲区大小时,溢出部分会覆盖相邻的内存区域,可能导致代码执行。
逻辑错误: 在某些复杂的交互逻辑中(例如,设备模拟、共享文件处理),如果存在逻辑缺陷,病毒可能能够构造特定的输入来触发意外行为,从而获得更高的权限。
共享设备或功能的滥用: 某些虚拟机功能允许客户机与宿主机进行一定程度的交互,例如共享文件夹、剪贴板、USB设备转发等。如果这些共享机制存在漏洞,病毒可能通过它们来传递恶意数据或代码。
宿主机和虚拟机之间的共享功能漏洞:
共享文件夹/共享剪贴板: 如果病毒能够写入到共享文件夹中,并且该文件夹与宿主机上的某个敏感位置关联,或者宿主机上运行着处理共享文件夹内容的程序存在漏洞,病毒就有可能影响宿主机。同样,剪贴板的共享也可能被恶意利用。
虚拟硬件的驱动漏洞: 虚拟机软件会为客户机操作系统提供一系列虚拟硬件驱动程序(例如,虚拟显卡、虚拟网卡、虚拟USB控制器等)。如果这些驱动程序在客户机操作系统中存在漏洞,并且这些漏洞能够以某种方式映射到宿主机上的相关处理代码,则可能导致逃逸。
客户机操作系统中的漏洞(间接逃逸): 即使虚拟机软件本身是安全的,如果客户机操作系统存在高危漏洞(例如,内核漏洞),并且这些漏洞允许程序获得客户机操作系统中的管理员权限,那么理论上,通过精心设计的手段,有可能利用客户机操作系统的权限来影响虚拟机软件的行为,最终间接影响到宿主机。然而,这通常比直接利用VMM漏洞更为复杂。
宿主机操作系统自身的漏洞(独立于虚拟机): 这不是严格意义上的“虚拟机逃逸”,而是指病毒在宿主机上就已经获得了执行能力。例如,用户不小心在宿主机上运行了病毒文件。或者,病毒通过宿主机自身的网络感染途径(如浏览器漏洞)进入宿主机。

3. 病毒逃逸的难度与可行性

技术门槛高: 发现并利用虚拟机逃逸漏洞需要非常深入的计算机体系结构、操作系统原理和虚拟机软件内部机制的知识。这是一个复杂的安全研究领域。
特定性强: 逃逸漏洞通常是针对特定版本的虚拟机软件、特定的操作系统组合以及特定的硬件环境。一个针对VMware vSphere 6.7的逃逸漏洞,可能对VirtualBox 7.0无效。
资源消耗大: 有效的逃逸攻击往往需要消耗大量的CPU和内存资源,这可能导致虚拟机或宿主机性能急剧下降,引起用户的警觉。
攻击面有限: 虚拟机软件的核心逻辑是经过高度优化和安全审查的,攻击面相比于一个完整的操作系统要小很多。

4. 为什么病毒通常不会“逃逸”?

绝大多数情况下,运行在虚拟机中的病毒只会感染虚拟机内部的文件和进程。原因如下:

隔离机制有效: 虚拟机提供的隔离是相当强大的,大多数恶意软件的设计并不能直接理解或绕过这种隔离。
缺乏专门的逃逸代码: 大多数恶意软件的编写者并没有能力或资源去开发针对虚拟机逃逸的专门代码。他们的目标是更广泛的互联网用户,而非特定配置的虚拟机环境。
成本效益低: 对于大多数病毒开发者而言,花费大量精力去开发一个仅针对虚拟机逃逸的恶意软件,其回报率远低于开发能够广泛传播的普通病毒。

5. 安全措施和防御策略

尽管逃逸困难,但安全起见,我们仍需要采取措施来降低风险:

及时更新虚拟机软件和宿主机操作系统: 软件供应商会不断修补已知的安全漏洞。保持虚拟机软件(VMware, VirtualBox等)和宿主机操作系统的最新状态是至关重要的。
限制虚拟机之间的共享: 谨慎使用共享文件夹、共享剪贴板等功能。仅在必要时开启,并确保共享的内容是可信的。
使用独立的虚拟机进行危险操作: 对于测试未知文件或访问可疑网站,使用专门用于隔离的虚拟机,并且在测试完成后删除该虚拟机是最佳实践。
安装和更新安全软件: 在宿主机和虚拟机内部都安装可靠的杀毒软件和防火墙,并保持其更新。
禁用不必要的客户机附加组件(Guest Additions/Tools): 这些附加组件提供了更好的性能和集成度,但也增加了攻击面。如果不需要,可以考虑禁用某些功能或不安装。
网络隔离: 将虚拟机放置在隔离的网络环境中,避免其直接访问您的重要网络资源。
硬件虚拟化安全特性: 确保CPU的虚拟化支持(VTx/AMDV)已开启,并且虚拟机软件充分利用了这些特性。

总结:

病毒确实有可能逃出虚拟机,但这是一个相对困难且需要专业知识和特定漏洞才能实现的攻击。最常见和最危险的逃逸方式是利用虚拟机软件本身的漏洞。然而,大多数病毒并没有能力或意图进行这种复杂的攻击。通过保持软件更新和采取合理的安全措施,可以大大降低虚拟机被病毒逃逸的风险。

可以说,虚拟机为用户提供了一个比直接在宿主机上操作更高级别的安全隔离,尤其是在处理潜在风险的环境(如软件测试、分析恶意软件样本)时,虚拟机的价值尤为突出。

网友意见

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当然啦,这里放一个我在2020年天府杯国际网络安全大赛上完成的QEMU逃逸视频,影响Qemu5.2以前的版本号。通俗一点讲就是我在客户机内运行了一小段恶意驱动程序,发送恶意数据给Hypervisor(也就是我们熟知的虚拟机,例如Vmware、Virtualbox、QEMU)触发其本身的安全漏洞。通过一些内存布局的手段我们就可以完成漏洞利用,实现RCE(远程代码执行)啦。最终效果就是在主机上弹出一个计算器,当然你想干其他任何事情也都可以,因为此时你已经在客户机端拿到主机的完全控制权限了。

这个漏洞已经公开,传送门:【Black Hat Asia 2021分享】清道夫:误用“错误处理代码”导致的QEMU/KVM逃逸 zhuanlan.zhihu.com/p/37

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当然可以逃得出去,别小瞧了现代黑客的技术。

其实虚拟机的本质也是运行在操作系统上的一个应用软件而已,和你打开的chrome、QQ、网易云音乐、LOL等没有什么大的区别,只不过这个应用软件会独立的运行另外一个操作系统而已。

因此,虚拟机实际上也不是能够和真实主机完全隔离,来保证绝对安全的,在一部分情况下还是会影响到主机的安全性,例如软件漏洞逃逸和硬件逃逸等等。

在虚拟机安全中,有个专业的名词就叫做虚拟机逃逸指的是进程越过虚拟机范围,进入到宿主机的操作系统中,也就是题目中提到的病毒逃离虚拟机,对真实主机造成危害。

这种情况常有发生,例如:

17年在温哥华举行的Pwn2Own黑客大赛,360安全团队便通过利用Edge中的堆溢出漏洞,Windows内核中的类型混淆漏洞以及VMware中的未初始化的缓冲区漏洞进行了黑客攻击,以逃避运行Microsoft VMware Workstation虚拟机的方式破坏了微软的Edge浏览器,拿走了105,000刀的奖金。

一般试图进行虚拟机逃逸的恶意软件都必须先瞄准特定虚拟机配置中的已知缺陷,并依赖于预先了解主机环境中的一部分信息。大多数现实世界的虚拟机逃脱的目标是VirtualBox,比如:

回答问题的时候,我还在YouTube上找到了几个虚拟机逃逸的演示视频,比如这个:

另外,一些恶意代码会检测它是否在虚拟机环境中运行,目前已经公布了许多技术可以用来检测虚拟机。VMware并不认为这是一个安全漏洞,所以也没有采取明确的技术措施,来避免检测。 但一些恶意代码会在虚拟机环境中有着不同的执行过程, 这也会加重一部分恶意代码分析师的工作负担。

与其他所有的应用软件一样, VMware本身偶尔也会被曝出安全漏洞。而这些安全漏洞被利用,会导致宿主机操作系统崩溃,甚至在上面运行恶意的代码。尽管只有少数公共工具或论文显示了攻击VMware的技术,但是目前在共享目录特性中已经被发现了安全漏洞,而且也公开发布了利用拖放功能的攻击工具。

目前已经在共享文件夹功能或者共享工具中发现了很多公开的漏洞,它们都利用了VMware Tools的拖放功能。一个使用了文件夹共享功能的公开漏洞,可以使Guest系统在宿主系统上写任何文件,从而修改或者破坏宿主操作系统。

虽然这种特别的技术对当前版本的VMware无效,但在文件夹共享功能上已经发现了几个不同的安全漏洞,因此最好确保自己的VM软件有完整的补丁修复,或者通过在虚拟机中禁用文件夹共享功能,也可以阻止这种类型的攻击。

在以前的时候,恶意代码编写者也经常使用反虚拟机技术来逃避恶意代码分析,恶意代码可以使用这种技术探测自己是否运行在虚拟机中。如果恶意代码探测到自己在虚拟机中运行,它会执行与其本身行为不同的行为, 其中最简单的行为就是是停止运行。

这种反虚拟机技术给恶意代码分析者带来不少的难题。

不过随着虚拟化技术的使用不断增加,这种采用反虚拟机技术的恶意代码数量也在逐渐下降,因为无论是计算机管理员还是普通计算机用户都在使用虚拟机,所以即使目标主机是虚拟机,其也有攻击价值,黑客也不能够对其像之前一样视而不见了。

关于虚拟机安全方面,我了解的内容大致如上

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可以。

按最狭义的定义,“病毒逃出虚拟机”指恶意程序透过hypervisor对母机系统进行任意代码执行攻击,这种攻击被称为hyperjacking。根据维基百科的说法,VENOM漏洞在2015年被登记为CVE(可以翻译成公共漏洞披露),是已知最早的可能实际导致hyperjacking攻击的漏洞。

如果把“病毒”和“虚拟机”的定义放宽,那例子就多了。

比如有一种经典的攻击方式叫做缓存计时攻击,因为母机和所有虚拟机共用一套CPU缓存,所以恶意程序可以通过这种方法窃取母机或其他虚拟机的数据。前几年闹得沸沸扬扬的英特尔meltdown漏洞就是一种缓存计时攻击,当时各大浏览器同时降低JS的计时器精度就是为了防止网页利用缓存计时窃取数据。

还有一些虚拟机本身不提供安全保证,比如带JNI功能的Java虚拟机,native code通过stack overflow可以轻易地破坏虚拟机调用栈。Android的ART和Dalvik就是这一类虚拟机,所以它在虚拟机外面又包了一层Linux用户隔离来保证安全性。

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病毒会不会感染另一台电脑?!当然可以

病毒会不会逃出虚拟机?!当然可以


两者理论上是一样的。

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