환경 변수 상속 (Environment Variable Inheritance)

Ⅰ. 환경 변수의 개념

1. 정의

환경 변수(Environment Variable)는 운영체제에서 프로세스가 실행될 때 참조할 수 있는 키-값(Key-Value) 쌍으로 이루어진 문자열이다. 프로세스는 부모 프로세스(Parent Process)로부터 환경 변수를 상속(Inherit)받으며, 이를 통해 실행 환경 설정을 자식 프로세스(Child Process)에 전달한다.

비유: 환경 변수는 "가족의 전통 레시피"다. 부모가 아이에게 전달하며, 아이는 그대로 사용하거나 자신만의 재료를 추가할 수 있다.

2. 프로세스 메모리에서의 환경 변수

프로세스 메모리 레이아웃 상 환경 변수의 위치

High Address
+---------------------------+
|         Stack             |
|   argv[0], argv[1], ...   |
|   envp[0], envp[1], ...  | <-- 환경 변수 포인터 배열
|   argc                     |
+---------------------------+
|          |                |  Stack grows downward
|          v                |
+---------------------------+
|        Heap               |  Heap grows upward
+---------------------------+
|       BSS                 |
|       Data                |
|       Text (Code)         |
+---------------------------+
Low Address

환경 변수 블록 (Environ Block):
+--------------------------------------+
| PATH=/usr/bin:/bin                   |
| HOME=/home/user                      |
| LANG=ko_KR.UTF-8                     |
| LD_LIBRARY_PATH=/opt/lib             |
| SHELL=/bin/bash                      |
| TERM=xterm-256color                  |
| NULL (terminator)                    |
+--------------------------------------+

비유: 환경 변수는 프로세스라는 "가방" 주머니에 넣어둔 "메모 쪽지"들이다. 프로그램은 언제든 주머니에서 꺼내 읽을 수 있다.

Ⅱ. 주요 환경 변수

1. 시스템 핵심 환경 변수

2. PATH 환경 변수

• PATH (Path): 셸이 명령어를 입력받았을 때 실행 파일을 검색하는 디렉토리 목록이다. 콜론(:)으로 구분되며, 왼쪽부터 순서대로 검색한다.

$ echo $PATH
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin

# 현재 디렉토리를 PATH에 추가 (보안 주의)
$ export PATH=.:$PATH   # 위험: 현재 디렉토리의 악성 파일 실행 가능

3. 환경 변수 설정 방법

# 임시 설정 (현재 셸만)
export MY_VAR="hello"

# 영구 설정
echo 'export MY_VAR="hello"' >> ~/.bashrc

# 자식 프로세스에만 전달 (현재 셸에는 미설정)
MY_VAR="hello" /bin/child_program

# unset으로 제거
unset MY_VAR

Ⅲ. 환경 변수 API

1. C 표준 라이브러리 함수

2. 사용 예제

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 환경 변수 조회
    char *path = getenv("PATH");
    if (path) {
        printf("PATH: %s\n", path);
    }

    // 환경 변수 설정 (기존 값 있으면 덮어씀)
    setenv("MY_APP_DIR", "/opt/myapp", 1);

    // putenv: 문자열 포인터를 직접 전달 (주의: 버퍼 수정 시 문제)
    putenv("MY_TEMP_VAR=temp_value");

    // 환경 변수 제거
    unsetenv("MY_TEMP_VAR");

    // 전체 환경 변수 순회
    extern char **environ;
    for (char **env = environ; *env != NULL; env++) {
        printf("%s\n", *env);
    }

    return 0;
}

환경 변수 API 동작 흐름

[getenv("PATH")]
    |
    v
environ 배열에서 "PATH="로 시작하는 항목 검색
    |
    v
"PATH=/usr/bin:/bin"에서 '=' 이후 문자열 반환
    |
    v
포인터 반환 (복사본 아님, 수정하면 안 됨)

[setenv("KEY", "VALUE", 1)]
    |
    v
environ 배열에서 "KEY=" 검색
    |
    +-- 있고 overwrite=1 --> 기존 항목 대체
    |
    +-- 없음 --> environ 배열 확장 후 새 항목 추가

비유: getenv()는 "전화번호부에서 이름 찾기", setenv()는 "전화번호부에 새 번호 등록하기"와 같다. putenv()는 "직접 전화번호부 책갈피에 메모지 꽂기"라서 메모지를 분실하면 번호도 사라진다.

Ⅳ. fork()와 exec()에서의 환경 변수 상속

1. fork() 시 환경 변수 복사

fork() 시스템 콜은 부모 프로세스의 환경 변수 블록(Environ Block)을 자식 프로세스로 **복사(Copy)**한다. 부모와 자식은 독립적인 복사본을 가지므로, 한쪽에서 setenv()를 호출해도 다른 쪽에 영향을 주지 않는다.

fork() 시 환경 변수 복사

[Parent Process]                    [Child Process]
environ:                            environ:
  PATH=/usr/bin                       PATH=/usr/bin       (복사본)
  HOME=/home/user                     HOME=/home/user     (복사본)
  MY_VAR=parent                       MY_VAR=parent       (복사본)
        |                                    |
        | fork()                             |
        v                                    v
  setenv("MY_VAR", "changed", 1)       // 영향 없음
  MY_VAR=changed                      MY_VAR=parent (그대로)

2. exec() 시 환경 변수 대체

exec() 계열 함수는 현재 프로세스의 이미지를 새 프로그램으로 완전히 교체한다. 이때 환경 변수 처리는 함수에 따라 다르다.

exec() 계열의 환경 변수 처리

[execl("/bin/ls", "ls", NULL)]
    기존 environ 블록 그대로 유지
    --> ls가 부모와 동일한 환경 변수로 실행됨

[execle("/bin/ls", "ls", NULL, new_envp)]
    기존 environ 폐기
    --> new_envp 배열이 새 environ이 됨
    --> 부모의 환경 변수 완전히 사라짐

[execve("/bin/ls", argv, new_envp)]
    execle와 동일 (배열 형식)

비유: fork()는 "부모의 레시피 노트를 복사해서 아이에게 주는 것"이고, execle()는 "아이가 자기만의 새 레시피 노트로 교체하는 것"이다.

Ⅴ. 보안: LD_PRELOAD 공격

1. LD_PRELOAD의 동작 원리

• LD_PRELOAD: 동적 링커가 다른 모든 라이브러리보다 먼저 로드하는 라이브러리 경로를 지정하는 환경 변수이다. 이를 이용해 표준 라이브러리 함수를 가로채거나(Hooking) 대체할 수 있다.

2. 공격 시나리오

// malicious.c - malloc을 가로채는 악성 라이브러리
#include <stdio.h>

void *malloc(size_t size) {
    printf("[ATTACK] malloc(%zu) intercepted!\n", size);
    // 원래 malloc 대신 임의 동작 수행
    return NULL;  // DoS 공격
}

# 악성 라이브러리 컴파일
gcc -shared -fPIC -o /tmp/malicious.so malicious.c -ldl

# 공격 실행
LD_PRELOAD=/tmp/malicious.so /usr/bin/victim_program
# victim_program의 모든 malloc 호출이 가로채짐!

3. 방어 수단

LD_PRELOAD 공격 방어 레이어

+------------------------------------------+
| 1. SUID/SGID 바이너리                     |
|    -> LD_PRELOAD 무시 (보안 설정)          |
+------------------------------------------+
| 2. /etc/ld.so.preload (관리자 전용)       |
|    -> 시스템 수준 preloading만 허용        |
+------------------------------------------+
| 3. setenv("LD_PRELOAD", "", 1)           |
|    -> 프로그램 시작 시 명시적 초기화        |
+------------------------------------------+
| 4. Docker/Container 격리                  |
|    -> 호스트 환경 변수 격리                |
+------------------------------------------+
| 5. Capabilities / SELinux                 |
|    -> 라이브러리 로딩 권한 제한            |
+------------------------------------------+

비유: LD_PRELOAD 공격은 "수업 전에 선생님의 교과서를 가짜 교과서로 몰래 바꿔치기하는 것"이다. SUID는 "출입증을 확인하는 교실 문지기" 역할을 한다.

요약

지식 그래프

환경 변수 상속
├── 기본 개념
│   ├── 키-값(Key-Value) 쌍
│   ├── 부모-자식 상속 (Inheritance)
│   └── environ 블록 (메모리의 Stack 영역)
├── 주요 환경 변수
│   ├── PATH (실행 파일 검색 경로)
│   ├── HOME (사용자 홈 디렉토리)
│   ├── LANG (로케일 설정)
│   ├── LD_LIBRARY_PATH (동적 라이브러리 경로)
│   └── LD_PRELOAD (사전 로드 라이브러리)
├── C API
│   ├── getenv() (조회)
│   ├── setenv() (설정)
│   ├── putenv() (포인터 직접 설정)
│   └── unsetenv() (제거)
├── 프로세스 생성 시 동작
│   ├── fork() -> 환경 변수 복사
│   ├── exec() -> 유지 또는 대체
│   ├── execl/execv -> 기존 환경 유지
│   └── execle/execve -> 새 envp로 대체
└── 보안
    ├── LD_PRELOAD 공격 (함수 가로채기)
    ├── SUID/SGID 바이너리 안전
    └── 컨테이너 격리

세 줄 설명 (어린이용)

1. 환경 변수는 컴퓨터 프로그램에게 "어디에서 무엇을 찾아야 하는지" 알려주는 메모장이에요.
2. 부모 프로그램은 이 메모장을 복사해서 자식 프로그램에게 주고, 자식은 필요한 내용을 바꿀 수 있어요.
3. LD_PRELOAD는 나쁜 사람이 가짜 도구를 먼저 끼워 넣어서 프로그램을 속이는 나쁜 짓이에요, 그래서 방어가 필요해요.

약어 정리