Kol Bellek Etiketleme Uzantısı (MTE)

Neden MTE?

Yerel programlama dillerinde belleğin işlenmesiyle ilgili hatalar olan bellek güvenliği hataları yaygın kod sorunlarıdır. Bunlar, güvenlik açıklarına ve kararlılık sorunlarına yol açar.

Armv9, yerel kodunuzdaki serbest kullanımdan sonra kullanım ve arabellek taşması hatalarını yakalamanıza olanak tanıyan bir donanım uzantısı olan Kol Bellek Etiketleme Uzantısı'nı (MTE) kullanıma sundu.

Destek için kontrol edin

Android 13'ten itibaren belirli cihazlarda MTE desteklenir. Cihazınızın MTE etkinken çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için aşağıdaki komutu çalıştırın:

adb shell grep mte /proc/cpuinfo

Sonuç Features : [...] mte ise cihazınızda MTE etkindir.

Bazı cihazlar varsayılan olarak MTE'yi etkinleştirmez ancak geliştiricilerin MTE'yi etkinleştirerek yeniden başlatmalarına izin verir. Bu, cihaz performansını veya kararlılığını düşürebileceği ancak uygulama geliştirme açısından yararlı olabileceği için normal kullanım için önerilmez. Bu moda erişmek için Ayarlar uygulamanızda Geliştirici Seçenekleri > Bellek Etiketleme Uzantısı'na gidin. Bu seçenek yoksa cihazınız MTE'nin bu şekilde etkinleştirilmesini desteklemiyor demektir.

MTE çalışma modları

MTE, iki modu destekler: SYNC ve ASYNC. SENKRONİZASYON modu daha iyi teşhis bilgileri sağlar ve bu nedenle geliştirme amaçlarına daha uygundur. ASYNC modu ise yayınlanan uygulamalarda etkinleştirilmesine olanak tanıyan yüksek performansa sahiptir.

Eşzamanlı mod (SYNC)

Bu mod, performans üzerinde hata ayıklama için optimize edilmiştir ve daha yüksek performans ek yükü kabul edilebilir olduğunda hassas bir hata algılama aracı olarak kullanılabilir. MTE SYNC etkinleştirildiğinde güvenlik çözümü olarak da işlev görür.

Bir etiket uyuşmazlığı durumunda işlemci, SIGSEGV (si_code SEGV_MTESERR) ile sorunlu yük veya mağaza talimatının yanı sıra bellek erişimi ve hatalı adres hakkındaki tüm bilgileri kapsayan işlemi sonlandırır.

Bu mod, test sırasında kodunuzu yeniden derlemenizi gerektirmeyen HWASan'a daha hızlı bir alternatif olarak veya uygulamanız savunmasız bir saldırı yüzeyini temsil ettiğinde üretim aşamasında faydalıdır. Ayrıca, ASYNC modu (aşağıda açıklanmıştır) bir hata bulduğunda, yürütme işlemini SENKRONİZE moduna geçirmek için çalışma zamanı API'lerinin kullanılmasıyla doğru bir hata raporu elde edilebilir.

Ayrıca, SYNC modunda çalışırken Android ayırıcı her ayırma ve dağıtımın yığın izlemesini kaydeder ve bunları, boşaltıldıktan sonra kullanım veya arabellek taşması gibi bir bellek hatası açıklamasını ve ilgili bellek etkinliklerinin yığın izlemelerini (stack trace) içeren daha iyi hata raporları sağlamak için kullanır (daha fazla bilgi için MTE raporlarını anlama bölümüne bakın). Bu tür raporlar, bağlamsal olarak daha fazla bilgi sağlar ve hataların izlenmesi ve düzeltilmesi, ASYNC moduna göre daha kolaydır.

Eşzamansız mod (ASYNC)

Bu mod, hata raporlarının doğruluğu üzerinden performans sağlamak için optimize edilmiştir ve bellek güvenliği hatalarının düşük ek yük algılaması için kullanılabilir. Bir etiket uyuşmazlığı durumunda işlemci, en yakın çekirdek girişine (sistem çağrısı veya zamanlayıcı kesme gibi) kadar yürütülmeye devam eder. Burada işlemci, hatalı adresi veya bellek erişimini kaydetmeden SIGSEGV (SEGV_MTEAERR kodu) ile işlemi sonlandırır.

Bu mod, bellek güvenliği hatalarının yoğunluğunun düşük olduğu bilinen iyi test edilmiş kod tabanlarında üretim sırasında bellek güvenliği güvenlik açıklarını azaltmak için kullanışlıdır.

MTE'yi etkinleştir

Tek bir cihaz için

Deneme amaçlı olarak, manifest dosyasında herhangi bir değer belirtmeyen (veya "default" belirten) bir uygulamanın varsayılan memtagMode özelliğinin değerini ayarlamak için uygulama uyumluluğu değişiklikleri kullanılabilir.

Bunları genel ayar menüsündeki Sistem > Gelişmiş > Geliştirici seçenekleri > Uygulama Uyumluluğu Değişiklikleri bölümünde bulabilirsiniz. NATIVE_MEMTAG_ASYNC veya NATIVE_MEMTAG_SYNC ayarlandığında belirli bir uygulama için MTE etkinleştirilir.

Alternatif olarak bu, am komutu kullanılarak aşağıdaki şekilde ayarlanabilir:

  • SENKRONİZE modu için: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_SYNC my.app.name
  • ASYNC modu için: $ adb shell am compat enable NATIVE_MEMTAG_ASYNC my.app.name

Gradle'da

Gradle projenizin tüm hata ayıklama derlemeleri için MTE'yi

<?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 hedefine. Bu işlem, manifest dosyanızdaki memtagMode değerini, hata ayıklama derlemeleri için senkronizasyon ile geçersiz kılar.

Alternatif olarak, özel bir derleme türünün tüm derlemeleri için MTE'yi etkinleştirebilirsiniz. Bunu yapmak için kendi buildType'ınızı oluşturun ve XML'i app/src/<name of buildType>/AndroidManifest.xml içine yerleştirin.

Uygun durumdaki tüm cihazlardaki APK için

MTE varsayılan olarak devre dışıdır. MTE kullanmak isteyen uygulamalar, AndroidManifest.xml uygulamasındaki <application> veya <process> etiketinin altında android:memtagMode öğesini ayarlayarak bunu yapabilir.

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

Özellik, <application> etiketi üzerinde ayarlandığında uygulama tarafından kullanılan tüm işlemleri etkiler ve <process> etiketi ayarlanarak bağımsız işlemler için geçersiz kılınabilir.

Enstrümantasyon ile geliştirme

Daha önce açıklandığı gibi MTE'yi etkinleştirmek, yerel yığındaki bellek bozulması hatalarının tespit edilmesine yardımcı olur. Yığındaki bellek bozulmasını tespit etmek amacıyla, uygulama için MTE'yi etkinleştirmenin yanı sıra kodun araçlarla yeniden oluşturulması gerekir. Sonuçta ortaya çıkan uygulama yalnızca MTE özellikli cihazlarda çalışır.

MTE ile uygulamanızın yerel (JNI) kodunu oluşturmak için aşağıdakileri yapın:

ndk-kurum

Application.mk dosyanızda:

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

CMakeLists.txt dosyanızdaki her bir hedef için:

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)

Uygulamanızı çalıştırma

MTE'yi etkinleştirdikten sonra uygulamanızı normal şekilde kullanıp test edin. Bellek güvenliği sorunu algılanırsa uygulamanız şuna benzer bir mezar taşıyla kilitlenir (SYNC için SEGV_MTESERR veya ASYNC için SEGV_MTEAERR öğesine dikkat edin):SIGSEGV

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

Daha fazla bilgi için AOSP dokümanlarındaki MTE raporlarını anlama bölümüne bakın. Ayrıca Android Studio ile uygulamanızda hata ayıklayabilirsiniz. Hata ayıklayıcı, geçersiz bellek erişimine neden olan satırda durur.

İleri Düzey Kullanıcılar: MTE'yi kendi servisinizde kullanma

Normal sistem ayırıcıları üzerinden ayrılmamış bellek için MTE kullanmak istiyorsanız ayırıcınızı bellek ve işaretçileri etiketleyecek şekilde değiştirmeniz gerekir.

Ayırıcınızın sayfalarının, mmap (veya mprotect) işaretinin prot işaretinde PROT_MTE kullanılarak ayrılması gerekir.

Etiketler yalnızca 16 baytlık parçalara (granül olarak da bilinir) atanabildiğinden tüm etiketli ayırmaların 16 baytlık hizalanması gerekir.

Ardından, bir işaretçiyi döndürmeden önce, rastgele etiket oluşturmak ve işaretçide depolamak için IRG talimatını kullanmanız gerekir.

Temel belleği etiketlemek için aşağıdaki talimatları uygulayın:

  • STG: 16 baytlık tek bir granülü etiketle
  • ST2G: 16 baytlık iki granülü etiketle
  • DC GVA: aynı etikete sahip önbellek satırı

Alternatif olarak, aşağıdaki talimatlar da belleği sıfır olarak başlatma:

  • STZG: 16 baytlık tek bir granülü etiketleyin ve sıfır başlatma özelliğini kullanın
  • STZ2G: 16 baytlık iki granülü etiketle ve sıfırla başlat
  • DC GZVA: Aynı etiketle önbellek satırını etiket ve sıfır başlatma

Bu talimatların eski CPU'larda desteklenmediğini, bu nedenle MTE etkinleştirildiğinde bunları koşullu olarak çalıştırmanız gerektiğini unutmayın. İşleminiz için MTE'nin etkinleştirilip etkinleştirilmediğini kontrol edebilirsiniz:

#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;
}

Referans olarak scudo uygulamasını yararlı bulabilirsiniz.

Daha fazla bilgi

Daha fazla bilgiyi, Arm tarafından yazılan Android OS için MTE Kullanıcı Kılavuzu'nda bulabilirsiniz.