macOS GCD - Grand Central Dispatch

Вивчайте та практикуйте взлом AWS:Навчання HackTricks AWS Red Team Expert (ARTE) Вивчайте та практикуйте взлом GCP: Навчання HackTricks GCP Red Team Expert (GRTE)

Підтримайте HackTricks

• Перевірте плани підписки!

• Приєднуйтесь до 💬 групи Discord або групи Telegram або слідкуйте за нами на Twitter 🐦 @hacktricks_live.

• Поширюйте хакерські трюки, надсилаючи PR до HackTricks та HackTricks Cloud репозиторіїв GitHub.

Основна інформація

Grand Central Dispatch (GCD), також відомий як libdispatch (libdispatch.dyld), доступний як в macOS, так і в iOS. Це технологія, розроблена Apple для оптимізації підтримки програм для одночасного (багатопотокового) виконання на багатоядерному обладнанні.

GCD надає та керує чергами FIFO, до яких ваша програма може надсилати завдання у вигляді блок-об'єктів. Блоки, надіслані в черги розподілу, виконуються в пулі потоків, повністю керованих системою. GCD автоматично створює потоки для виконання завдань у чергах розподілу та планує виконання цих завдань на доступних ядрах.

У підсумку, для виконання коду паралельно, процеси можуть надсилати блоки коду в GCD, який буде відповідати за їх виконання. Таким чином, процеси не створюють нові потоки; GCD виконує заданий код зі своїм власним пулом потоків (який може збільшуватися або зменшуватися за необхідності).

Це дуже корисно для успішного управління паралельним виконанням, значно зменшуючи кількість потоків, які створюють процеси, та оптимізуючи паралельне виконання. Це ідеально підходить для завдань, які вимагають великої паралельності (брутфорс?) або для завдань, які не повинні блокувати основний потік: наприклад, основний потік на iOS обробляє взаємодію з користувачем, тому будь-яку іншу функціональність, яка може призвести до зависання додатка (пошук, доступ до веб-сайту, читання файлу...), керується цим способом.

Блоки

Блок - це самостійний фрагмент коду (схожий на функцію з аргументами, що повертає значення) і може також вказувати зв'язані змінні. Однак на рівні компілятора блоки не існують, вони є os_objects. Кожен з цих об'єктів складається з двох структур:

• літерал блоку:

• Він починається з поля isa, яке вказує на клас блоку:

• NSConcreteGlobalBlock (блоки з __DATA.__const)

• NSConcreteMallocBlock (блоки в купі)

• NSConcreateStackBlock (блоки в стеку)

• Він має flags (вказує на поля, присутні в описнику блоку) та деякі зарезервовані байти

• Вказівник на функцію для виклику

• Вказівник на описник блоку

• Імпортовані змінні блоку (якщо є)

• описник блоку: Його розмір залежить від даних, які присутні (як вказано в попередніх прапорцях)

• Він має деякі зарезервовані байти

• Розмір цього

• Зазвичай він має вказівник на підпис у стилі Objective-C, щоб знати, скільки місця потрібно для параметрів (прапорець BLOCK_HAS_SIGNATURE)

• Якщо змінні посилаються, цей блок також матиме вказівники на допоміжник копіювання (копіювання значення на початку) та допоміжник видалення (звільнення його).

Черги

Черга розподілу - це іменований об'єкт, який забезпечує чергування блоків для виконання.

Блоки встановлюються в черги для виконання, і вони підтримують 2 режими: DISPATCH_QUEUE_SERIAL та DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT. Звичайно серійний не матиме проблем з умовами гонки, оскільки блок не буде виконаний, поки попередній не завершиться. Але інший тип черги може мати це.

Стандартні черги:

• .main-thread: З dispatch_get_main_queue()

• .libdispatch-manager: Менеджер черги GCD

• .root.libdispatch-manager: Менеджер черги GCD

• .root.maintenance-qos: Завдання найнижчого пріоритету

• .root.maintenance-qos.overcommit

• .root.background-qos: Доступно як DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND

• .root.background-qos.overcommit

• .root.utility-qos: Доступно як DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_NON_INTERACTIVE

• .root.utility-qos.overcommit

• .root.default-qos: Доступно як DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT

• .root.background-qos.overcommit

• .root.user-initiated-qos: Доступно як DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH

• .root.background-qos.overcommit

• .root.user-interactive-qos: Найвищий пріоритет

• .root.background-qos.overcommit

Зверніть увагу, що система вирішує, які потоки обробляють які черги в кожний момент часу (декілька потоків можуть працювати в одній черзі або той самий потік може працювати в різних чергах на деякому етапі)

Атрибути

При створенні черги з dispatch_queue_create третій аргумент - це dispatch_queue_attr_t, який зазвичай є або DISPATCH_QUEUE_SERIAL (який фактично є NULL), або DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT, який є вказівником на структуру dispatch_queue_attr_t, яка дозволяє контролювати деякі параметри черги.

Об'єкти розподілу

Є кілька об'єктів, які використовує libdispatch, і черги та блоки - лише 2 з них. Ці об'єкти можна створити за допомогою dispatch_object_create:

• block

• data: Блоки даних

• group: Група блоків

• io: Асинхронні запити введення/виведення

• mach: Порти Mach

• mach_msg: Повідомлення Mach

• pthread_root_queue: Черга з пулом потоків pthread та без робочих черг

• queue

• semaphore

• source: Джерело подій

Objective-C

У Objetive-C є різні функції для відправлення блоку на виконання паралельно:

• dispatch_async: Надсилає блок для асинхронного виконання в черзі розподілу та повертається негайно.

• dispatch_sync: Надсилає об'єкт блоку для виконання та повертається після завершення виконання цього блоку.

• dispatch_once: Виконує блок об'єкта лише один раз за час існування додатка.

• dispatch_async_and_wait: Надсилає робочий елемент для виконання та повертається лише після завершення виконання. На відміну від dispatch_sync, ця функція поважає всі атрибути черги під час виконання блоку.

Ці функції очікують ці параметри: dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block

Ось структура блоку:

struct Block {
void *isa; // NSConcreteStackBlock,...
int flags;
int reserved;
void *invoke;
struct BlockDescriptor *descriptor;
// captured variables go here
};

І ось приклад використання паралелизму з dispatch_async:

#import <Foundation/Foundation.h>

// Define a block
void (^backgroundTask)(void) = ^{
// Code to be executed in the background
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Background task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
dispatch_queue_t backgroundQueue = dispatch_queue_create("com.example.backgroundQueue", NULL);

// Submit the block to the queue for asynchronous execution
dispatch_async(backgroundQueue, backgroundTask);

// Continue with other work on the main queue or thread
for (int i = 0; i < 10; i++) {
NSLog(@"Main task %d", i);
sleep(1);  // Simulate a long-running task
}
}
return 0;
}

Swift

libswiftDispatch - це бібліотека, яка надає зв'язки Swift до фреймворку Grand Central Dispatch (GCD), який спочатку був написаний на C. Бібліотека libswiftDispatch обгортає API GCD на C в більш дружній для Swift інтерфейс, що робить роботу з GCD легшою та інтуїтивно зрозумілою для розробників Swift.

• DispatchQueue.global().sync{ ... }

• DispatchQueue.global().async{ ... }

• let onceToken = DispatchOnce(); onceToken.perform { ... }

• async await

• var (data, response) = await URLSession.shared.data(from: URL(string: "https://api.example.com/getData"))

Приклад коду:

import Foundation

// Define a closure (the Swift equivalent of a block)
let backgroundTask: () -> Void = {
for i in 0..<10 {
print("Background task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

// Entry point
autoreleasepool {
// Create a dispatch queue
let backgroundQueue = DispatchQueue(label: "com.example.backgroundQueue")

// Submit the closure to the queue for asynchronous execution
backgroundQueue.async(execute: backgroundTask)

// Continue with other work on the main queue
for i in 0..<10 {
print("Main task \(i)")
sleep(1)  // Simulate a long-running task
}
}

Фріда

Наступний скрипт Фріди може бути використаний для підключення до кількох функцій dispatch та витягування назви черги, стеку викликів та блоку: https://github.com/seemoo-lab/frida-scripts/blob/main/scripts/libdispatch.js

frida -U <prog_name> -l libdispatch.js

dispatch_sync
Calling queue: com.apple.UIKit._UIReusePool.reuseSetAccess
Callback function: 0x19e3a6488 UIKitCore!__26-[_UIReusePool addObject:]_block_invoke
Backtrace:
0x19e3a6460 UIKitCore!-[_UIReusePool addObject:]
0x19e3a5db8 UIKitCore!-[UIGraphicsRenderer _enqueueContextForReuse:]
0x19e3a57fc UIKitCore!+[UIGraphicsRenderer _destroyCGContext:withRenderer:]
[...]

Ghidra

Наразі Ghidra не розуміє ані структури ObjectiveC dispatch_block_t, ані swift_dispatch_block.

Тому, якщо ви хочете, щоб він їх розумів, ви можете просто оголосити їх:

Потім знайдіть місце в коді, де вони використовуються:

Зверніть увагу на всі посилання на "block", щоб зрозуміти, як ви можете зрозуміти, що структура використовується.

Клацніть правою кнопкою миші на змінну -> Перетипізувати змінну та виберіть у цьому випадку swift_dispatch_block:

Ghidra автоматично перепише все:

References

• *OS Internals, Volume I: User Mode. By Jonathan Levin