Тестирование инфраструктуры квот на базе Windows Server

Введение

Управление данными стало важной частью администрирования компьютерных систем. Это особенно актуально в условиях ограниченных ресурсов и высоких требований к стабильности. Одним из привычных инструментов для контроля дискового пространства является механизм квот. В Windows квоты могут применяться к пользователям, группам, а также к отдельным папкам через File Server Resource Manager. На уровне файловой системы NTFS учет занятого пространства ведется с помощью специального системного файла Quota, который содержит сведения о том, сколько места занимает каждый пользователь на томе. Важно, что информация о квоте не хранится внутри самого файла – учет ведется централизованно, и квота учитывает только физическое размещение данных на диске, а не их логический путь. Данный механизм помогает ограничить, сколько места может занимать отдельный пользователь или группа, что важно в многопользовательских или серверных системах.

В Windows этот механизм довольно простой и встроен в систему управления томами, тесно связанный с файловой системой NTFS. Но на практике все может быть не так очевидно, особенно если задействованы символические ссылки. Символическая ссылка – это способ указать на файл или папку, которые находятся в другом месте. Для пользователя или программы такой файл выглядит как обычный, но за ним может скрываться другая структура. Примечательно то, что Windows отслеживает квоты по физическому местоположению файла, а не по его логическому пути.

Целью данного исследования является всесторонний анализ того, как символические ссылки помогут обойти квоты в Windows, а также подтвердить это на практике, продемонстрировав, что при использовании символических ссылок можно получить доступ к файлам, которые находятся вне области, где действует квота.

Анализ источников

Исследование основано на разнообразных источниках. Были использованы как официальные документы, так и наблюдения из технических сообществ. Их анализ помог создать основу для метода обхода квотирования и понять, как он работает.

Одним из главных источников информации стала документация Microsoft по файловой системе NTFS на платформе Microsoft Learn [1, 6, 8]. Разделы, посвященные символическим ссылкам и точкам повторной обработки, оказались особенно полезными и содержательными. Благодаря им стало ясно, как Windows на самом деле работает с файлами внутри системы. Было также определено, что квоты в Windows зависят не от того, по какому пути пользователь обращается к файлу, а от того, как физически файл расположен на диске. Впоследствии это подтвердилось в ходе эксперимента.

Немаловажную роль в исследовании сыграли книга Марка Руссиновича [5] и материалы сайта Sysinternals [7]. Данные источники подробно и доступно объясняют, как устроена файловая система в Windows, а также как система взаимодействует с файловыми объектами, когда и каким образом проверяются права доступа и квоты.

Практическая часть исследования нельзя представить без инструкций по использованию команды mklink [2] и утилит PowerShell [3]. Они были использованы для создания символических ссылок и мониторинга состояния квот, что подтверждало, что записи происходили вне квоты.

Кроме того, официальная документация Microsoft по отказоустойчивой файловой системе ReFS [4] помогла определить особенности и ограничения этой файловой системы в сравнении с NTFS. В частности, ReFS ввиду основного назначения ориентирована больше на повышение устойчивости данных и масштабируемость, однако в части поддержки квотирования данных на момент написания статьи система не обладает необходимым функционалом.

Таким образом, совокупность информации из официальных источников, технических статей и опыта сообщества позволило нам не только разработать метод обхода квотирования в Windows, но и обосновать его с разных сторон.

Методы исследования

Для достижения цели исследования применялся комплекс теоретических, аналитических и экспериментальных методов. Такой подход позволил не только проверить гипотезу о возможности обхода квот в Windows с использованием символических ссылок, но и выявить причины специфического поведения операционной системы и файловой системы NTFS.

На первом этапе была проведена систематизация и анализ документации Microsoft, профильной литературы и публикаций, посвященных файловой системе NTFS, символическим ссылкам и политике квотирования в Windows.

Следующим этапом выступал моделирующий метод, в ходе которого проектировалась структура экспериментального окружения с определенными условиями: наличие каталога с включенной квотой, второго каталога без квотирования, а также создание символической ссылки из второго тома в первый. Были разработаны процедуры мониторинга использования дискового пространства и параметры для тестовых файлов, позволяющие фиксировать срабатывание или обход квотных ограничений.

Практическая часть исследования включала проведение эксперимента, имитирующего типичное поведение пользователя в контролируемой среде. Для реализации использовались стандартные инструменты Windows: командная строка с командой mklink, PowerShell-скрипты и утилита fsutil quota для контроля квот и анализа активности файловой системы.

В результате совокупность примененных методов обеспечила всесторонний подход к исследуемой проблеме. Теоретическая часть позволила обосновать гипотезу, моделирование и эксперимент – подтвердить ее на практике.

Методы обхода квот Windows при помощи символических ссылок

Суть предложенного метода заключается в использовании особенностей работы системы квотирования дискового пространства в операционной системе Windows. Квота, установленная на определенную директорию, учитывает физический размер файлов, находящихся в этой директории, но не анализирует их логические пути. Это создает возможность обхода ограничений квоты путем применения символических ссылок (symlinks), которые являются указателями на файлы или директории, не занимая при этом значительного дискового пространства.

Символическая ссылка позволяет ссылаться на файл, физически расположенный за пределами директории с установленной квотой. Поскольку сама ссылка имеет незначительный минимальный размер, она не учитывается в общем объеме квоты, даже если целевой файл значительно превышает установленный лимит. Таким образом, пользователь может получить доступ к данным, фактически обходя ограничения, наложенные на директорию.

Результаты теоретического анализа

Теоретический анализ метода обхода квот дискового пространства, основанного на использовании символических ссылок, подтверждает его принципиальную возможность. Выбор файловой системы NTFS в качестве основной файловой системы, используемой в рамках исследования, обусловлен архитектурными особенностями реализации квотирования и поддержкой символических ссылок. ReFS, несмотря на свои обширные возможности и преимущества, ввиду отсутствия поддержки полноценного механизма квотирования на уровне файловой системы, не позволяет изучить расширенное управление доступом и квотами. Это подтверждает выбор в NTFS в качестве основной файловой системы для эксперимента. NTFS позволяет не только теоретически обосновать возможность обхода квотирования, но и практически воспроизвести данный сценарий в типовой инфраструктуре Windows Server, в то время как применение ReFS в данном контексте оказывается нецелесообразным.

Символические ссылки в NTFS функционируют как указатели на целевые файлы или директории, не создавая их копий и занимая минимальный объем дискового пространства (обычно несколько байт). Система квотирования в Windows, реализованная на уровне NTFS, оценивает объем данных исключительно на основе их физического размещения в пределах квотируемой директории, игнорируя логические пути, по которым осуществляется доступ к файлам. Таким образом, размещение целевого файла вне директории с установленной квотой позволяет обойти ограничения, поскольку символическая ссылка, находящаяся внутри квотируемой директории, не влияет на расчет используемого пространства.

Анализ показывает, что данный подход эффективен в стандартных конфигурациях операционных систем Windows. Это обусловлено архитектурой NTFS, которая обрабатывает символические ссылки как независимые объекты, не учитывающие объем данных, хранящихся по целевому пути. В результате пользователь может получить доступ к файлам, превышающим лимит квоты, через символическую ссылку, не нарушая формальных ограничений.

Практическая часть

Эксперимент по проверке метода обхода квот дискового пространства в операционной системе Windows с использованием символических ссылок проводился на двух связанных машинах: серверной под управлением Windows Server, с файловой системой NTFS и клиентской под управлением Windows 10.

Выбор в пользу клиентской машины на Windows 10, а не Windows 11 обусловлен рядом технических и практических факторов, которые предоставили оптимальные условия для проведения эксперимента. Windows 10 является одной из самых широко распространенных ОС среди корпоративных пользователей и индивидуальных систем, что позволяет обеспечить актуальность и релевантность результатов эксперимента для большинства существующих инфраструктур. Также данная операционная система предоставляет наиболее стабильную и хорошо изученную среду для работы с файловой системой NTFS и символическими ссылками, которые являются ключевыми элементами исследования. Это позволило сконцентрироваться на изучении механизма обхода квот через символические ссылки.

На размеченном томе созданы две директории: NoQuota без ограничений по объему и QuotaTest с установленной жесткой квотой 100 МБ. В директории NoQuota сформирован тестовый файл BigFile размером 200 МБ, превышающий лимит квоты для QuotaTest.

Для реализации метода в директории QuotaTest в Powershell с помощью команды:

New-Item -ItemType SymbolicLink -Path "F:\QuotaTest\FakeFile.txt" –Target "F:\NoQuota\BigFile.txt"

Cоздана символическая ссылка FakeFile, указывающая на файл BigFile.

Рис. 1. Создание символической ссылки

Доступ к содержимому BigFile осуществлялся через FakeFile без нарушения квоты, так как система квотирования учитывала только размер ссылки (несколько байт), а не целевого файла.

Рис. 2. Путь, к которому ведет символическая ссылка

Проверка подтвердила, что квота в 100 МБ не была превышена, несмотря на доступ к файлу объемом 200 МБ.

Рис. 3. Открытый через символическую ссылку файл BigFile, превышающий по объему квоту

Для предотвращения использования данного метода в редакторе локальных групповых политик установлен запрет на создание символических ссылок для всех пользователей в разделе конфигурации NTFS. После того как политика запрета была включена, была проведена повторная попытка создания символической ссылки, однако система выдала ошибку, что и подтверждает работу ограничения.

Рис. 4. Ошибка при создании символической ссылки после включения запрета

Результаты исследования

Исследование продемонстрировало следующие ключевые моменты:

• Символические ссылки из защищенной области могут указывать на внешние файлы;
• Квота не распространяется на подобные файлы, даже при условии, если их размер превышает;
• Операционная система в таких случаях не препятствует чтению и записи через символическую ссылку, если физическое размещение файла не нарушает квоту.

Следовательно, в операционной системе Windows возможен обход системы квотирования с использованием символических ссылок на объекты, физически расположенные вне квотируемой области.

Заключение

Проведенное исследование показало, что система квотирования в Windows ориентируется на физическое размещение файлов на дисковом пространстве. Если использовать символические ссылки, пользователю становится возможным обход ограничений, наложенных квотами. Такой подход может привести к тому, что ограничения по использованию пространства на диске фактически перестают работать, представляя тем самым потенциальную угрозу. Важно учитывать этот нюанс при проектировании политик хранения данных и внедрять дополнительные механизмы контроля доступа и мониторинга для исключения возможности подобного обхода ограничений.