आर्म मेमोरी टैगिंग एक्सटेंशन (एमटीई)

MTE का इस्तेमाल क्यों करें?

मेमोरी की सुरक्षा से जुड़ी गड़बड़ियां, कोड से जुड़ी आम समस्याएं हैं. ये गड़बड़ियां, नेटिव प्रोग्रामिंग भाषाओं में मेमोरी को मैनेज करने के दौरान होती हैं. इनसे सुरक्षा से जुड़ी कमज़ोरियां और स्थिरता से जुड़ी समस्याएं पैदा होती हैं.

Armv9 में, Arm मेमोरी टैगिंग एक्सटेंशन (MTE) को पेश किया गया है. यह एक हार्डवेयर एक्सटेंशन है, जिसकी मदद से नेटिव कोड में, फ़्री की गई मेमोरी को इस्तेमाल करने की गड़बड़ी और बफ़र ओवरफ़्लो की गड़बड़ी का पता लगाया जा सकता है.

MTE के साथ काम करने वाले डिवाइसों की जांच करना

Android 13 से, चुनिंदा डिवाइसों पर MTE की सुविधा उपलब्ध है. यह देखने के लिए कि आपका डिवाइस MTE की सुविधा के साथ काम कर रहा है या नहीं, यह कमांड चलाएं:

adb shell grep mte /proc/cpuinfo

अगर नतीजे में Features : [...] mte दिखता है, तो इसका मतलब है कि आपका डिवाइस MTE की सुविधा के साथ काम कर रहा है.

कुछ डिवाइसों पर MTE की सुविधा डिफ़ॉल्ट रूप से चालू नहीं होती. हालांकि, डेवलपर MTE की सुविधा चालू करके डिवाइस को रीबूट कर सकते हैं. यह एक आज़माई जा रही सेटिंग है. हमारा सुझाव है कि सामान्य इस्तेमाल के लिए इसे चालू न करें, क्योंकि इससे डिवाइस की परफ़ॉर्मेंस या स्थिरता कम हो सकती है. हालांकि, यह ऐप्लिकेशन डेवलपमेंट के लिए काम की हो सकती है. इस मोड को ऐक्सेस करने के लिए, सेटिंग ऐप्लिकेशन में डेवलपर के लिए सेटिंग और टूल > मेमोरी टैगिंग एक्सटेंशन पर जाएं. अगर यह विकल्प मौजूद नहीं है, तो इसका मतलब है कि आपका डिवाइस इस तरीके से MTE की सुविधा को चालू नहीं कर सकता.

MTE की सुविधा के साथ काम करने वाले डिवाइस

इन डिवाइसों पर MTE की सुविधा उपलब्ध है:

• Pixel 8 (Shiba)
• Pixel 8 Pro (Husky)
• Pixel 8a (Akita)
• Pixel 9 (Tokay)
• Pixel 9 Pro (Caiman)
• Pixel 9 Pro XL (Komodo)
• Pixel 9 Pro Fold (Comet)
• Pixel 9a (Tegu)

MTE के ऑपरेटिंग मोड

MTE के दो मोड हैं: SYNC और ASYNC. SYNC मोड में, बेहतर तरीके से गड़बड़ी की जानकारी मिलती है. इसलिए, यह डेवलपमेंट के लिए ज़्यादा सही है. वहीं, ASYNC मोड की परफ़ॉर्मेंस बेहतर होती है. इसलिए, इसे रिलीज़ किए गए ऐप्लिकेशन के लिए चालू किया जा सकता है.

सिंक्रोनस मोड (SYNC)

इस मोड को परफ़ॉर्मेंस के मुकाबले डीबग करने के लिए ऑप्टिमाइज़ किया गया है. इसका इस्तेमाल, गड़बड़ी का सटीक पता लगाने वाले टूल के तौर पर किया जा सकता है. हालांकि, इसके लिए परफ़ॉर्मेंस ओवरहेड ज़्यादा होना चाहिए. चालू होने पर, MTE SYNC, सुरक्षा से जुड़ी समस्याओं को कम करने में भी मदद करता है.

टैग मैच न होने पर, प्रोसेसर, गड़बड़ी वाले लोड या स्टोर निर्देश पर, SIGSEGV (si_code SEGV_MTESERR के साथ) के साथ प्रोसेस को खत्म कर देता है. साथ ही, मेमोरी ऐक्सेस और गड़बड़ी वाले पते के बारे में पूरी जानकारी देता है.

यह मोड, टेस्टिंग के दौरान काम का होता है. यह HWASan का एक तेज़ विकल्प है. इसके लिए, आपको अपने कोड को फिर से कंपाइल करने की ज़रूरत नहीं होती . इसके अलावा, यह प्रोडक्शन के दौरान भी काम का होता है, जब आपका ऐप्लिकेशन , सुरक्षा से जुड़ी कमज़ोरियों वाला हो. इसके अलावा, जब ASYNC मोड (इसके बारे में नीचे बताया गया है) में कोई गड़बड़ी मिलती है, तो रनटाइम एपीआई का इस्तेमाल करके, SYNC मोड पर स्विच करके गड़बड़ी की सटीक रिपोर्ट पाई जा सकती है.

इसके अलावा, SYNC मोड में चलने पर, Android ऐलोकेटर, हर ऐलोकेशन और डीऐलोकेशन का स्टैक ट्रेस रिकॉर्ड करता है. साथ ही, इनका इस्तेमाल करके, गड़बड़ी की बेहतर रिपोर्ट देता है. इन रिपोर्ट में, मेमोरी की गड़बड़ी की जानकारी शामिल होती है. जैसे, फ़्री की गई मेमोरी को इस्तेमाल करने की गड़बड़ी या बफ़र ओवरफ़्लो. साथ ही, इनमें मेमोरी से जुड़े इवेंट के स्टैक ट्रेस भी शामिल होते हैं. ज़्यादा जानकारी के लिए, MTE की रिपोर्ट को समझना लेख पढ़ें. इस तरह की रिपोर्ट में, ज़्यादा जानकारी मिलती है. साथ ही, ASYNC मोड की तुलना में, गड़बड़ियों को आसानी से ट्रैक और ठीक किया जा सकता है.

एसिंक्रोनस मोड (ASYNC)

इस मोड को गड़बड़ी की रिपोर्ट की सटीक जानकारी के मुकाबले परफ़ॉर्मेंस के लिए ऑप्टिमाइज़ किया गया है. इसका इस्तेमाल, मेमोरी की सुरक्षा से जुड़ी गड़बड़ियों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है. इसके लिए, परफ़ॉर्मेंस ओवरहेड कम होना चाहिए. टैग मैच न होने पर, प्रोसेसर, कर्नेल एंट्री (जैसे, सिसकॉल या टाइमर इंटरप्ट) तक काम करता रहता है. इसके बाद, यह SIGSEGV (कोड SEGV_MTEAERR) के साथ प्रोसेस को खत्म कर देता है. साथ ही, यह गड़बड़ी वाले पते या मेमोरी ऐक्सेस को रिकॉर्ड नहीं करता.

यह मोड, प्रोडक्शन में मेमोरी की सुरक्षा से जुड़ी कमज़ोरियों को कम करने के लिए काम का है. यह उन कोडबेस पर काम करता है जिनकी अच्छी तरह से जांच की गई हो और जिनमें मेमोरी की सुरक्षा से जुड़ी गड़बड़ियां कम हों. ऐसा, टेस्टिंग के दौरान SYNC मोड का इस्तेमाल करके किया जाता है.

MTE की सुविधा चालू करना

किसी एक डिवाइस के लिए

एक्सपेरिमेंट के लिए, ऐप्लिकेशन की कंपैटिबिलिटी में किए गए बदलावों का इस्तेमाल करके, ऐसे ऐप्लिकेशन के लिए डिफ़ॉल्ट वैल्यू सेट की जा सकती है जो मेनिफ़ेस्ट में कोई वैल्यू तय नहीं करता (या "default" तय करता है).memtagMode

इन्हें, ग्लोबल सेटिंग मेन्यू में, सिस्टम > बेहतर सेटिंग > डेवलपर के लिए सेटिंग और टूल > ऐप्लिकेशन की कंपैटिबिलिटी में किए गए बदलाव में जाकर देखा जा सकता है. NATIVE_MEMTAG_ASYNC या NATIVE_MEMTAG_SYNC सेट करने पर, किसी खास ऐप्लिकेशन के लिए MTE की सुविधा चालू हो जाती है.

इसके अलावा, इसे am कमांड का इस्तेमाल करके भी सेट किया जा सकता है. इसके लिए, यह तरीका अपनाएं:

• SYNC मोड के लिए: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_SYNC my.app.name
• ASYNC मोड के लिए: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_ASYNC my.app.name

Gradle में

अपने Gradle प्रोजेक्ट के सभी डीबग बिल्ड के लिए, MTE की सुविधा चालू की जा सकती है. इसके लिए,

<?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 में डालें. ऐसा करने पर, डीबग बिल्ड के लिए, आपके मेनिफ़ेस्ट के memtagMode को सिंक के साथ बदल दिया जाएगा.

इसके अलावा, कस्टम buildType के सभी बिल्ड के लिए, MTE की सुविधा चालू की जा सकती है. इसके लिए, अपना buildType बनाएं और एक्सएमएल को app/src/<name of buildType>/AndroidManifest.xml में डालें.

किसी भी ऐसे डिवाइस के लिए जिस पर एपीके काम करता हो

MTE की सुविधा डिफ़ॉल्ट रूप से बंद होती है. MTE का इस्तेमाल करने वाले ऐप्लिकेशन, AndroidManifest.xml में <application> या <process> टैग के तहत android:memtagMode सेट करके ऐसा कर सकते हैं.

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

<application> टैग पर सेट करने पर, एट्रिब्यूट, ऐप्लिकेशन की सभी प्रोसेस पर असर डालता है. <process> टैग सेट करके, अलग-अलग प्रोसेस के लिए इसे बदला जा सकता है.

इंस्ट्रूमेंटेशन की मदद से बनाना

पहले बताए गए तरीके से MTE की सुविधा चालू करने पर, नेटिव हीप पर मेमोरी करप्शन की गड़बड़ियों का पता लगाने में मदद मिलती है. स्टैक पर मेमोरी करप्शन का पता लगाने के लिए, ऐप्लिकेशन के लिए MTE की सुविधा चालू करने के अलावा, कोड को इंस्ट्रूमेंटेशन की मदद से फिर से बनाना होगा. इसके बाद, ऐप्लिकेशन सिर्फ़ MTE की सुविधा के साथ काम करने वाले डिवाइसों पर चलेगा.

अपने ऐप्लिकेशन का नेटिव (जेएनआई) कोड, MTE की सुविधा के साथ बनाने के लिए, यह तरीका अपनाएं:

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

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)

अपना ऐप्लिकेशन चलाएं

MTE की सुविधा चालू करने के बाद, अपने ऐप्लिकेशन का इस्तेमाल और उसकी जांच सामान्य तरीके से करें. अगर मेमोरी की सुरक्षा से जुड़ी कोई समस्या मिलती है, तो आपका ऐप्लिकेशन क्रैश हो जाता है. साथ ही, आपको एक टॉम्बस्टोन दिखता है, जो इस तरह का होता है. ध्यान दें कि SYNC के लिए SIGSEGV के साथ SEGV_MTESERR या ASYNC के लिए SEGV_MTEAERR दिखता है:

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

ज़्यादा जानकारी के लिए, AOSP के दस्तावेज़ में MTE की रिपोर्ट को समझना लेख पढ़ें. Android Studio की मदद से भी अपने ऐप्लिकेशन को डीबग किया जा सकता है. डीबगर, अमान्य मेमोरी ऐक्सेस की वजह से होने वाली लाइन पर रुक जाता है.

एडवांस लेवल के उपयोगकर्ता: अपने ऐलोकेटर में MTE का इस्तेमाल करना

सामान्य सिस्टम ऐलोकेटर की मदद से ऐलोकेट न की गई मेमोरी के लिए, MTE का इस्तेमाल करने के लिए, आपको मेमोरी और पॉइंटर को टैग करने के लिए, अपने ऐलोकेटर में बदलाव करना होगा.

अपने ऐलोकेटर के पेजों को, mmap (या mprotect) के prot फ़्लैग में PROT_MTE का इस्तेमाल करके ऐलोकेट करना होगा.

टैग किए गए सभी ऐलोकेशन, 16 बाइट के अलाइन होने चाहिए, क्योंकि टैग सिर्फ़ 16 बाइट के चंक (जिन्हें ग्रैन्यूल भी कहा जाता है) के लिए असाइन किए जा सकते हैं.

इसके बाद, पॉइंटर को वापस करने से पहले, आपको रैंडम टैग जनरेट करने और उसे पॉइंटर में सेव करने के लिए, IRG निर्देश का इस्तेमाल करना होगा.

अंडरलाइन मेमोरी को टैग करने के लिए, यहां दिए गए निर्देशों का पालन करें:

• STG: 16 बाइट के एक ग्रैन्यूल को टैग करें
• ST2G: 16 बाइट के दो ग्रैन्यूल को टैग करें
• DC GVA: कैशलाइन को एक ही टैग से टैग करें

इसके अलावा, इन निर्देशों से मेमोरी को ज़ीरो-इनिशियलाइज़ भी किया जा सकता है:

• STZG: 16 बाइट के एक ग्रैन्यूल को टैग करें और ज़ीरो-इनिशियलाइज़ करें
• STZ2G: 16 बाइट के दो ग्रैन्यूल को टैग करें और ज़ीरो-इनिशियलाइज़ करें
• DC GZVA: कैशलाइन को एक ही टैग से टैग करें और ज़ीरो-इनिशियलाइज़ करें

ध्यान दें कि ये निर्देश, पुराने सीपीयू पर काम नहीं करते. इसलिए, MTE की सुविधा चालू होने पर, आपको इन्हें शर्तों के साथ चलाना होगा. यह देखा जा सकता है कि आपकी प्रोसेस के लिए MTE की सुविधा चालू है या नहीं:

#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;
}

रेफ़रंस के तौर पर, scudo के लागू करने के तरीके से मदद मिल सकती है.

ज़्यादा जानें

ज़्यादा जानकारी के लिए, Arm की ओर से लिखा गया Android OS के लिए MTE की उपयोगकर्ता गाइड पढ़ें.