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Sicherheit des Signed System Volume
Mit macOS 10.15 wurde von Apple das R/O-Systemvolume eingeführt. Hierbei handelt es sich um ein dediziertes, isoliertes Volume für Systeminhalte. Bei macOS 11 (oder neuer) kamen erstmals starke kryptografische Schutzmechanismen für Systeminhalte auf einem Signed System Volume (SSV) hinzu. Das SSV umfasst einen Kernel-Mechanismus, der die Integrität des Systeminhalts zum Zeitpunkt von dessen Ausführung prüft und Daten – Code ebenso wie jegliche andere Daten – zurückweist, die keine von Apple ausgegebene, kryptografische Signatur aufweisen. Beim Starten von iOS 15 und iPadOS 15 erlangt das Systemvolume auf einem iPhone oder iPad auch den kryptografischen Schutz eines signierten Systemvolumes.
Das SSV kann nicht nur die Manipulation an der im Betriebssystem integrierten Apple-Software verhindern, sondern sorgt auch für verlässlichere und sichere Softwareaktualisierungen von macOS. Darüber hinaus nutzt das SSV APFS-Snapshots (Apple File System), sodass in dem Fall, dass eine Aktualisierung nicht zu Ende geführt werden kann, die vorherige Systemversion wiederhergestellt werden kann, ohne dass eine Neuinstallation erforderlich wird.
Seit der Einführung sorgt APFS für die Integrität der Systemmetadaten auf der Basis nicht-kryptografischer Prüfsummen, die für das interne Speichergerät ermittelt werden. Das SSV stärkt den Integritätsmechanismus dadurch, dass kryptografische Hash-Werte hinzukommen und der Mechanismus ausgeweitet wird, sodass jedes Byte der Dateidaten erfasst wird. Für Daten vom internen Speichergerät (einschließlich der Metadaten des Dateisystems) wird im Dateipfad ein kryptografischer Hash-Wert generiert, der mit einem erwarteten Wert in den Metadaten des Dateisystems abgeglichen wird. Weichen die Werte voneinander ab, geht das System davon aus, dass die Daten manipuliert wurden, und übergibt keine Daten an die anfordernde Software.
Jeder SHA-256-Hash-Wert des SSV wird im Metadatenhauptbaum des Dateisystems gespeichert, für den seinerseits ein eigener Hash-Wert generiert wird. Da jeder Knoten im Baum rekursiv die Integrität der Hash-Werte seiner Kinder überprüft, vergleichbar zu einem binären Hash-Baum (Merkle), umfasst daher der Hash-Wert des Stammknotens – er wird als „Seal“ (Siegel) bezeichnet – jedes Byte der Daten auf dem SSV. Dies bedeutet, dass die kryptografische Signatur das gesamte Systemvolume erfasst und abdeckt.
Beim Installieren und Aktualisieren von macOS wird dieser Seal-Wert aus dem Dateisystem auf dem Gerät neu berechnet. Das dabei ermittelte Ergebnis wird überprüft, indem es mit der Kennzahl abgeglichen wird, die von Apple signiert wurde. Bei Mac-Computern mit Apple Chips prüft der Bootloader den Seal-Wert, bevor es die Steuerung an den Kernel übergibt. Bei Intel-basierten Mac-Computern mit Apple T2 Security Chip leitet der Bootloader die Kennzahl und die Signatur an den Kernel weiter, der dann den Seal-Wert prüft, unmittelbar bevor er das Root-Dateisystem lädt. In beiden Fällen wird bei einem Scheitern der Prüfung der Startvorgang angehalten und der Benutzer aufgefordert, macOS neu zu installieren. Diese Prozedur wird bei jedem Startvorgang wiederholt, es sei denn, der Benutzer hat einen Modus für eine niedrigere Sicherheitsebene gestartet und in einem separaten Vorgang entschieden, das Signed System Volume zu deaktivieren.
Während iOS- oder iPadOS-Softwareupdates wird das Systemvolume auf ähnliche Weise vorbereitet und neu berechnet. Die iOS- und iPadOS-Bootloader überprüfen, dass das Siegel intakt ist und mit dem von Apple signierten Wert übereinstimmt, bevor dem Gerät erlaubt wird, den Kernel zu starten. Wenn es beim Starten keine Übereinstimmung gibt, wird der Benutzer aufgefordert, die Systemsoftware auf dem Gerät zu aktualisieren. Benutzern ist es nicht erlaubt, den Schutz eines signierten Systemvolumes in iOS oder iPadOS zu deaktivieren.
SSV und Codesignierung
Die Code-Signierung ist immer noch vorhanden und wird vom Kernel durchgesetzt. Das SSV (Signed System Volume) übernimmt den Schutz, sobald irgendwelche Bytes vom internen Speichergerät gelesen werden. Im Gegensatz dazu übernimmt die Codesignierung den Schutz, wenn Mach-Objekte dem Speicher als ausführbare Objekte zugewiesen werden. Sowohl das SSV als auch die Codesignierung tragen zum Schutz von ausführbarem Code in allen Read- und Execute-Pfaden bei.
SSV und FileVault
Bei macOS 11 (oder neuer) stellt das SSV einen gleichwertigen Schutz dar, solange sich das Dateisystem im Ruhezustand befindet. Aus diesem Grund muss das Systemvolume nicht mehr verschlüsselt werden. Jegliche Modifikation, die am Dateisystem vorgenommen wird, solange es nicht in Gebrauch ist, wird vom Dateisystem erkannt, sobald sie gelesen wird. Wenn FileVault vom Benutzer aktiviert wurde, wird der Inhalt des Benutzers nach wie vor mithilfe des vom Benutzer bereitgestellten Secret auf dem Datenvolume verschlüsselt.
Wenn sich der Benutzer dafür entscheidet, das SSV zu deaktivieren, wird das System anfällig für Manipulationen, solange es sich im Ruhezustand befindet. Derartige Manipulationen können einen Angreifer in die Lage versetzen, beim nächsten Start des Systems verschlüsselte Benutzerdaten zu extrahieren. Aus diesem Grund verweigert das System einem Benutzer das Deaktivieren des SSV, wenn FileVault aktiviert ist. Der Schutz während des Nichtgebrauchs muss auf beiden Volumes konsistent aktiviert oder deaktiviert werden.
Bei macOS 10.15 (und früheren Versionen) schützte FileVault die Software des Betriebssystems, während sich dieses im Ruhezustand befindet, indem die Benutzer- und Systeminhalte mit einem Schlüssel verschlüsselt wurden, der durch ein vom Benutzer bereitgestelltes Secret geschützt war. Auf diese Weise kann ein Angreifer mit physischem Zugriff auf das Gerät das Dateisystem mit der Systemsoftware nicht modifizieren oder darauf zugreifen.
SSV und Mac-Computer mit Apple T2 Security Chip
Bei Mac-Computern mit einem Apple T2 Security Chip untersteht nur macOS selbst dem SSV-Schutz. Die Software, die auf dem T2-Chip gestartet wird und macOS prüft, wird durch den sicheren Startvorgang geschützt.