আর্ম মেমরি ট্যাগিং এক্সটেনশন (MTE)

এমটিই কেন?

মেমরি সেফটি বাগ, যা নেটিভ প্রোগ্রামিং ল্যাঙ্গুয়েজে মেমরি পরিচালনার ত্রুটি, কোডের একটি সাধারণ সমস্যা। এগুলোর কারণে নিরাপত্তা ঝুঁকি এবং স্থিতিশীলতার সমস্যা দেখা দেয়।

Armv9-এ Arm Memory Tagging Extension (MTE) চালু করা হয়েছে, যা একটি হার্ডওয়্যার এক্সটেনশন এবং এর মাধ্যমে আপনি আপনার নেটিভ কোডের use-after-free ও buffer-overflow বাগগুলো ধরতে পারবেন।

সহায়তার জন্য যাচাই করুন

অ্যান্ড্রয়েড ১৩ থেকে নির্বাচিত কিছু ডিভাইসে এমটিই (MTE) সাপোর্ট রয়েছে। আপনার ডিভাইসে এমটিই চালু আছে কিনা তা পরীক্ষা করতে, নিম্নলিখিত কমান্ডটি চালান:

adb shell grep mte /proc/cpuinfo

ফলাফলটি যদি Features : [...] mte , তাহলে আপনার ডিভাইসটি MTE সক্রিয় অবস্থায় চলছে।

কিছু ডিভাইস ডিফল্টভাবে MTE চালু করে না, কিন্তু ডেভেলপারদের MTE চালু রেখে রিবুট করার সুযোগ দেয়। এটি একটি পরীক্ষামূলক কনফিগারেশন যা সাধারণ ব্যবহারের জন্য সুপারিশ করা হয় না, কারণ এটি ডিভাইসের পারফরম্যান্স বা স্থিতিশীলতা কমিয়ে দিতে পারে, তবে অ্যাপ ডেভেলপমেন্টের জন্য এটি কার্যকর হতে পারে। এই মোডটি অ্যাক্সেস করতে, আপনার সেটিংস অ্যাপে ডেভেলপার অপশন > মেমরি ট্যাগিং এক্সটেনশন-এ যান। যদি এই অপশনটি না থাকে, তাহলে আপনার ডিভাইসটি এভাবে MTE চালু করা সমর্থন করে না।

MTE সমর্থন সহ ডিভাইসগুলি

নিম্নলিখিত ডিভাইসগুলো MTE সমর্থন করে বলে জানা যায়:

  • পিক্সেল ৮ (শিবা)
  • পিক্সেল ৮ প্রো (হাস্কি)
  • পিক্সেল ৮এ (আকিতা)
  • পিক্সেল ৯ (টোকে)
  • পিক্সেল ৯ প্রো (কাইমান)
  • পিক্সেল ৯ প্রো এক্সএল (কোমোডো)
  • পিক্সেল ৯ প্রো ফোল্ড (কমেট)
  • পিক্সেল ৯এ (টেগু)

MTE অপারেটিং মোড

MTE দুটি মোড সমর্থন করে: SYNC এবং ASYNC। SYNC মোড উন্নততর ডায়াগনস্টিক তথ্য প্রদান করে এবং তাই এটি ডেভেলপমেন্টের জন্য বেশি উপযুক্ত, অন্যদিকে ASYNC মোডের উচ্চ পারফরম্যান্স এটিকে প্রকাশিত অ্যাপের জন্য সক্রিয় করার সুযোগ দেয়।

সিঙ্ক্রোনাস মোড (SYNC)

এই মোডটি পারফরম্যান্সের চেয়ে ডিবাগযোগ্যতার জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়েছে এবং যখন উচ্চতর পারফরম্যান্স ওভারহেড গ্রহণযোগ্য হয়, তখন এটিকে একটি নির্ভুল বাগ সনাক্তকরণ টুল হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। সক্রিয় করা হলে, MTE SYNC একটি নিরাপত্তা প্রশমন ব্যবস্থা হিসাবেও কাজ করে।

ট্যাগ অমিলের ক্ষেত্রে, প্রসেসর ত্রুটিপূর্ণ লোড বা স্টোর ইনস্ট্রাকশনটিতে SIGSEGV (si_code SEGV_MTESERR সহ) এবং মেমরি অ্যাক্সেস ও ত্রুটিপূর্ণ অ্যাড্রেস সম্পর্কে সম্পূর্ণ তথ্য দিয়ে প্রসেসটি বন্ধ করে দেয়।

এই মোডটি টেস্টিংয়ের সময় HWASan- এর একটি দ্রুততর বিকল্প হিসেবে উপযোগী, যার জন্য আপনার কোড পুনরায় কম্পাইল করার প্রয়োজন হয় না। এটি প্রোডাকশনেও ব্যবহার করা যায়, যখন আপনার অ্যাপটি একটি ঝুঁকিপূর্ণ অ্যাটাক সারফেস হিসেবে কাজ করে। এছাড়াও, যখন ASYNC মোড (যা নিচে বর্ণনা করা হয়েছে) কোনো বাগ খুঁজে পায়, তখন রানটাইম API ব্যবহার করে এক্সিকিউশনকে SYNC মোডে পরিবর্তন করার মাধ্যমে একটি নির্ভুল বাগ রিপোর্ট পাওয়া যেতে পারে।

এছাড়াও, SYNC মোডে চলার সময়, অ্যান্ড্রয়েড অ্যালোকেটর প্রতিটি অ্যালোকেশন এবং ডিঅ্যালোকেশনের স্ট্যাক ট্রেস রেকর্ড করে এবং সেগুলোকে ব্যবহার করে আরও উন্নত এরর রিপোর্ট প্রদান করে। এই রিপোর্টগুলোতে ইউজ-আফটার-ফ্রি বা বাফার-ওভারফ্লো-এর মতো মেমরি এররের ব্যাখ্যা এবং প্রাসঙ্গিক মেমরি ইভেন্টগুলোর স্ট্যাক ট্রেস অন্তর্ভুক্ত থাকে (আরও বিস্তারিত জানতে ‘Understanding MTE reports’ দেখুন)। এই ধরনের রিপোর্টগুলো আরও বেশি প্রাসঙ্গিক তথ্য প্রদান করে এবং ASYNC মোডের তুলনায় বাগ শনাক্ত করা ও সমাধান করা সহজ করে তোলে।

অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোড (ASYNC)

এই মোডটি বাগ রিপোর্টের নির্ভুলতার চেয়ে পারফরম্যান্সকে বেশি গুরুত্ব দেয় এবং এটি কম খরচে মেমরি সেফটি বাগ শনাক্ত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ট্যাগ অমিলের ক্ষেত্রে, প্রসেসর নিকটতম কার্নেল এন্ট্রি (যেমন একটি সিস্টেম কল বা টাইমার ইন্টারাপ্ট) পর্যন্ত তার কার্যক্রম চালিয়ে যায়, এবং সেখানে এটি ত্রুটিপূর্ণ অ্যাড্রেস বা মেমরি অ্যাক্সেস রেকর্ড না করেই SIGSEGV (কোড SEGV_MTEAERR) দিয়ে প্রসেসটি বন্ধ করে দেয়।

এই মোডটি প্রোডাকশনে ভালোভাবে পরীক্ষিত কোডবেসগুলিতে মেমরি-সেফটি দুর্বলতা প্রশমিত করার জন্য উপযোগী, যেখানে মেমরি সেফটি বাগের সংখ্যা কম বলে জানা যায়, যা টেস্টিংয়ের সময় SYNC মোড ব্যবহারের মাধ্যমে অর্জন করা হয়।

MTE সক্রিয় করুন

একটি ডিভাইসের জন্য

পরীক্ষামূলকভাবে, অ্যাপ সামঞ্জস্যতার পরিবর্তন ব্যবহার করে এমন কোনো অ্যাপ্লিকেশনের memtagMode অ্যাট্রিবিউটের ডিফল্ট মান সেট করা যেতে পারে, যেটি ম্যানিফেস্টে কোনো মান নির্দিষ্ট করে না (অথবা "default" নির্দিষ্ট করে)।

এগুলো গ্লোবাল সেটিং মেনুর System > Advanced > Developer options > App Compatibility Changes-এ পাওয়া যাবে। NATIVE_MEMTAG_ASYNC বা NATIVE_MEMTAG_SYNC সেট করলে একটি নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য MTE সক্রিয় হয়।

বিকল্পভাবে, am কমান্ড ব্যবহার করে এটি নিম্নরূপে সেট করা যেতে পারে:

  • SYNC মোডের জন্য: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_SYNC my.app.name
  • ASYNC মোডের জন্য: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_ASYNC my.app.name

গ্রেডলে

আপনার গ্রেডল প্রোজেক্টের সমস্ত ডিবাগ বিল্ডের জন্য MTE সক্রিয় করতে, আপনি নিম্নলিখিত কমান্ডটি ব্যবহার করতে পারেন:

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools">

    <application android:memtagMode="sync" tools:replace="android:memtagMode"/>
</manifest>

app/src/debug/AndroidManifest.xml ফাইলে এটি যোগ করুন। এটি ডিবাগ বিল্ডের জন্য আপনার ম্যানিফেস্টের memtagMode sync দিয়ে ওভাররাইড করবে।

বিকল্পভাবে, আপনি একটি কাস্টম বিল্ডটাইপের সমস্ত বিল্ডের জন্য MTE সক্রিয় করতে পারেন। এটি করার জন্য, আপনার নিজস্ব বিল্ডটাইপ তৈরি করুন এবং XML ফাইলটি app/src/<name of buildType>/AndroidManifest.xml এ রাখুন।

যেকোনো সক্ষম ডিভাইসে একটি APK-এর জন্য

MTE ডিফল্টরূপে নিষ্ক্রিয় থাকে। যে অ্যাপগুলো MTE ব্যবহার করতে চায়, তারা AndroidManifest.xml ফাইলের <application> অথবা <process> ট্যাগের অধীনে android:memtagMode সেট করে তা করতে পারে।

android:memtagMode=(off|default|sync|async)

<application> ট্যাগে সেট করা হলে, অ্যাট্রিবিউটটি অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা ব্যবহৃত সমস্ত প্রসেসকে প্রভাবিত করে, এবং <process> ট্যাগ সেট করার মাধ্যমে স্বতন্ত্র প্রসেসের জন্য এটিকে ওভাররাইড করা যেতে পারে।

যন্ত্রপাতি দিয়ে তৈরি করুন

পূর্বে ব্যাখ্যা করা অনুযায়ী MTE সক্রিয় করলে তা নেটিভ হিপ-এ মেমরি করাপশন বাগ শনাক্ত করতে সাহায্য করে। স্ট্যাকে মেমরি করাপশন শনাক্ত করার জন্য, অ্যাপটির জন্য MTE সক্রিয় করার পাশাপাশি ইন্সট্রুমেন্টেশন সহ কোডটি রি-বিল্ড করতে হবে। এর ফলে তৈরি হওয়া অ্যাপটি শুধুমাত্র MTE-সক্ষম ডিভাইসগুলিতেই চলবে ।

MTE ব্যবহার করে আপনার অ্যাপের নেটিভ (JNI) কোড বিল্ড করতে, নিম্নলিখিতগুলি করুন:

এনডিকে-বিল্ড

আপনার Application.mk ফাইলে:

APP_CFLAGS := -fsanitize=memtag -fno-omit-frame-pointer -march=armv8-a+memtag
APP_LDFLAGS := -fsanitize=memtag -fsanitize-memtag-mode=sync -march=armv8-a+memtag

CMake

আপনার CMakeLists.txt-এর প্রতিটি টার্গেটের জন্য:

target_compile_options(${TARGET} PUBLIC -fsanitize=memtag -fno-omit-frame-pointer -march=armv8-a+memtag)
target_link_options(${TARGET} PUBLIC -fsanitize=memtag -fsanitize-memtag-mode=sync -march=armv8-a+memtag)

আপনার অ্যাপ চালান

MTE চালু করার পর, আপনার অ্যাপটি স্বাভাবিকভাবে ব্যবহার ও পরীক্ষা করুন। যদি কোনো মেমরি সেফটি সমস্যা শনাক্ত হয়, তাহলে আপনার অ্যাপটি ক্র্যাশ করবে এবং একটি টুম্বস্টোন দেখাবে যা দেখতে অনেকটা এরকম (লক্ষ্য করুন, SYNC-এর জন্য SIGSEGV এর সাথে SEGV_MTESERR এবং ASYNC-এর জন্য SEGV_MTEAERR থাকবে):

pid: 13935, tid: 13935, name: sanitizer-statu  >>> sanitizer-status <<<
uid: 0
tagged_addr_ctrl: 000000000007fff3
signal 11 (SIGSEGV), code 9 (SEGV_MTESERR), fault addr 0x800007ae92853a0
Cause: [MTE]: Use After Free, 0 bytes into a 32-byte allocation at 0x7ae92853a0
x0  0000007cd94227cc  x1  0000007cd94227cc  x2  ffffffffffffffd0  x3  0000007fe81919c0
x4  0000007fe8191a10  x5  0000000000000004  x6  0000005400000051  x7  0000008700000021
x8  0800007ae92853a0  x9  0000000000000000  x10 0000007ae9285000  x11 0000000000000030
x12 000000000000000d  x13 0000007cd941c858  x14 0000000000000054  x15 0000000000000000
x16 0000007cd940c0c8  x17 0000007cd93a1030  x18 0000007cdcac6000  x19 0000007fe8191c78
x20 0000005800eee5c4  x21 0000007fe8191c90  x22 0000000000000002  x23 0000000000000000
x24 0000000000000000  x25 0000000000000000  x26 0000000000000000  x27 0000000000000000
x28 0000000000000000  x29 0000007fe8191b70
lr  0000005800eee0bc  sp  0000007fe8191b60  pc  0000005800eee0c0  pst 0000000060001000

backtrace:
      #00 pc 00000000000010c0  /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+40) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
      #01 pc 00000000000014a4  /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
      #02 pc 00000000000019cc  /system/bin/sanitizer-status (main+1032) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
      #03 pc 00000000000487d8  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (__libc_init+96) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)

deallocated by thread 13935:
      #00 pc 000000000004643c  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::quarantineOrDeallocateChunk(scudo::Options, void*, scudo::Chunk::UnpackedHeader*, unsigned long)+688) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)
      #01 pc 00000000000421e4  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::deallocate(void*, scudo::Chunk::Origin, unsigned long, unsigned long)+212) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)
      #02 pc 00000000000010b8  /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+32) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
      #03 pc 00000000000014a4  /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)

allocated by thread 13935:
      #00 pc 0000000000042020  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::allocate(unsigned long, scudo::Chunk::Origin, unsigned long, bool)+1300) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)
      #01 pc 0000000000042394  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo_malloc+36) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)
      #02 pc 000000000003cc9c  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (malloc+36) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331)
      #03 pc 00000000000010ac  /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+20) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
      #04 pc 00000000000014a4  /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
Learn more about MTE reports: https://source.android.com/docs/security/test/memory-safety/mte-report

আরও বিস্তারিত জানতে AOSP ডকুমেন্টেশনে ‘Understanding MTE reports’ অংশটি দেখুন। এছাড়াও আপনি Android Studio দিয়ে আপনার অ্যাপ ডিবাগ করতে পারেন এবং ডিবাগারটি সেই লাইনে থেমে যায় যেখানে অবৈধ মেমরি অ্যাক্সেস ঘটছে।

উন্নত ব্যবহারকারী: আপনার নিজের অ্যালোকেটরে MTE ব্যবহার করা

সাধারণ সিস্টেম অ্যালোকেটরের মাধ্যমে বরাদ্দ করা হয়নি এমন মেমরির জন্য MTE ব্যবহার করতে হলে, আপনাকে মেমরি এবং পয়েন্টার ট্যাগ করার জন্য আপনার অ্যালোকেটরটি পরিবর্তন করতে হবে।

আপনার অ্যালোকেটরের জন্য পেজগুলো mmap (বা mprotect )-এর prot ফ্ল্যাগে PROT_MTE ব্যবহার করে বরাদ্দ করতে হবে।

সমস্ত ট্যাগযুক্ত অ্যালোকেশনকে অবশ্যই ১৬-বাইট অ্যালাইনড হতে হবে, কারণ ট্যাগ শুধুমাত্র ১৬-বাইট চাঙ্কের (যা গ্র্যানিউল নামেও পরিচিত) জন্য বরাদ্দ করা যায়।

তারপর, পয়েন্টারটি রিটার্ন করার আগে, আপনাকে IRG ইন্সট্রাকশন ব্যবহার করে একটি র‍্যান্ডম ট্যাগ তৈরি করতে হবে এবং সেটিকে পয়েন্টারটিতে সংরক্ষণ করতে হবে।

অন্তর্নিহিত মেমরি ট্যাগ করতে নিম্নলিখিত নির্দেশাবলী ব্যবহার করুন:

  • STG : একটি একক ১৬-বাইট গ্র্যানিউলকে ট্যাগ করুন
  • ST2G : দুটি ১৬-বাইট গ্র্যানিউল ট্যাগ করুন
  • DC GVA : একই ট্যাগ দিয়ে ক্যাশলাইন ট্যাগ করুন

বিকল্পভাবে, নিম্নলিখিত নির্দেশাবলীও মেমরিকে শূন্য-প্রারম্ভিক করে:

  • STZG : একটি একক ১৬-বাইট গ্র্যানিউলকে ট্যাগ এবং শূন্য-প্রারম্ভিকীকরণ করে
  • STZ2G : দুটি ১৬-বাইট গ্র্যানিউলকে ট্যাগ ও জিরো-ইনিশিয়ালাইজ করুন
  • DC GZVA : একই ট্যাগ দিয়ে ক্যাশলাইন ট্যাগ এবং জিরো-ইনিশিয়ালাইজ করুন

মনে রাখবেন যে এই নির্দেশাবলী পুরোনো সিপিইউ-তে সমর্থিত নয় , তাই এমটিই (MTE) সক্রিয় থাকলে আপনাকে শর্তসাপেক্ষে এগুলো চালাতে হবে। আপনার প্রসেসের জন্য এমটিই (MTE) সক্রিয় আছে কিনা তা আপনি এখানে পরীক্ষা করতে পারেন:

#include <sys/prctl.h>

bool runningWithMte() {
      int mode = prctl(PR_GET_TAGGED_ADDR_CTRL, 0, 0, 0, 0);
      return mode != -1 && mode & PR_MTE_TCF_MASK;
}

রেফারেন্স হিসেবে স্কুডো ইমপ্লিমেন্টেশনটি আপনার জন্য সহায়ক হতে পারে।

আরও জানুন

আপনি Arm কর্তৃক লিখিত Android OS-এর জন্য MTE ব্যবহারকারী নির্দেশিকা থেকে আরও বিস্তারিত জানতে পারবেন।