Memory Tagging Extension (MTE)
Osnovne informacije
Proširenje oznake memorije (MTE) dizajnirano je da poboljša pouzdanost i sigurnost softvera detektovanjem i sprečavanjem grešaka povezanih sa memorijom, poput prelivanja bafera i ranjivosti nakon oslobađanja. MTE, kao deo arhitekture ARM, pruža mehanizam za pričvršćivanje male oznake na svaku alokaciju memorije i odgovarajuću oznaku na svaki pokazivač koji se odnosi na tu memoriju. Ovaj pristup omogućava detekciju nelegalnih pristupa memoriji u toku izvršavanja, značajno smanjujući rizik od iskorišćavanja takvih ranjivosti za izvršavanje proizvoljnog koda.
Kako radi proširenje oznake memorije
MTE funkcioniše tako što deli memoriju na male blokove fiksne veličine, pri čemu se svakom bloku dodeljuje oznaka, obično nekoliko bitova u veličini.
Kada se kreira pokazivač koji pokazuje na tu memoriju, dobija istu oznaku. Ova oznaka se čuva u neiskorišćenim bitovima pokazivača memorije, efikasno povezujući pokazivač sa odgovarajućim blokom memorije.
Kada program pristupa memoriji putem pokazivača, MTE hardver proverava da li oznaka pokazivača odgovara oznaci bloka memorije. Ako se oznake ne podudaraju, to ukazuje na nelegalan pristup memoriji.
Oznake pokazivača MTE
Oznake unutar pokazivača čuvaju se u 4 bita unutar gornjeg bajta:
Stoga, ovo omogućava do 16 različitih vrednosti oznaka.
Oznake memorije MTE
Svaka 16B fizičke memorije ima odgovarajuću oznaku memorije.
Oznake memorije čuvaju se u dedikovanom RAM regionu (nije dostupan za normalnu upotrebu). Imajući 4-bitne oznake za svakih 16B oznaka memorije do 3% RAM-a.
ARM uvodi sledeće instrukcije za manipulisanje ovim oznakama u dedikovanom RAM-u:
Provera režima
Sinkrono
CPU proverava oznake tokom izvršavanja instrukcija, ako postoji neslaganje, podiže izuzetak. Ovo je najsporije i najsigurnije.
Asinkrono
CPU proverava oznake asinhrono, i kada se pronađe neslaganje, postavlja bit izuzetka u jedan od registara sistema. Brže je od prethodnog, ali nije u mogućnosti da pokaže tačnu instrukciju koja je uzrokovala neslaganje i ne podiže izuzetak odmah, pružajući vremena napadaču da završi svoj napad.
Mešovito
???
Primeri implementacije i detekcije
Nazvan Hardverski Tag-Based KASAN, MTE-based KASAN ili in-kernel MTE.
Kernel alokatori (poput kmalloc) će pozvati ovaj modul koji će pripremiti oznaku za korišćenje (nasumično) i priložiti je na alocirani kernel prostor i na vraćeni pokazivač.
Imajte na umu da će označiti samo dovoljno memorijskih granula (svaka 16B) za traženu veličinu. Dakle, ako je tražena veličina bila 35 i dodeljen je blok od 60B, označiće prvih 16*3 = 48B ovom oznakom, a ostatak će biti označen tzv. nevažećom oznakom (0xE).
Oznaka 0xF je poklapanje svih pokazivača. Memorija sa ovim pokazivačem dozvoljava bilo koju oznaku za pristup svojoj memoriji (bez neslaganja). Ovo bi moglo sprečiti MET da otkrije napad ako se ove oznake koriste u napadnutoj memoriji.
Stoga postoji samo 14 vrednosti koje se mogu koristiti za generisanje oznaka jer su 0xE i 0xF rezervisani, dajući verovatnoću ponovne upotrebe oznaka od 1/17 -> oko 7%.
Ako kernel pristupi nevažećoj memorijskoj granuli, neslaganje će biti detektovano. Ako pristupi drugoj memorijskoj lokaciji, ako memorija ima drugačiju oznaku (ili nevažeću oznaku), neslaganje će biti detektovano. Ako napadač ima sreće i memorija koristi istu oznaku, neće biti detektovano. Verovatnoća je oko 7%.
Još jedan problem se javlja u poslednjoj granuli alocirane memorije. Ako je aplikacija zatražila 35B, dodeljena je granula od 32 do 48. Stoga, bajtovi od 36 do 47 koriste istu oznaku ali nisu bili traženi. Ako napadač pristupi ovim dodatnim bajtovima, to neće biti detektovano.
Kada se izvrši kfree(), memorija se ponovo označava nevažećom oznakom, tako da u slučaju ponovnog korišćenja nakon oslobađanja, kada se memorija ponovo pristupi, neslaganje se detektuje.
Međutim, u slučaju ponovnog korišćenja nakon oslobađanja, ako je isti blok ponovo alociran sa ISTOM oznakom kao prethodno, napadač će moći da koristi ovaj pristup i to neće biti detektovano (oko 7% šanse).
Osim toga, samo slab i page_alloc koriste označenu memoriju, ali u budućnosti će se ovo koristiti i u vmalloc, stack i globals (u trenutku videa ovo još uvek može biti zloupotrebljeno).
Kada se detektuje neslaganje, kernel će paničiti kako bi sprečio dalje iskorišćavanje i pokušaje eksploatacije (MTE nema lažnih pozitiva).
Reference
Last updated
