GWP-ASan

GWP-ASan, boşaltıldıktan sonra kullanım ve yığın arabellek taşması hatalarını bulmaya yardımcı olan yerel bir bellek ayırıcı özelliğidir. Resmi olmayan adı yinelemeli bir kısaltmadır: "GWP-ASan Will Provide Allocation SANity". HWASan veya Malloc Debug'ın aksine GWP-ASan, kaynak veya yeniden derleme gerektirmez (yani, önceden oluşturulmuşlarla çalışır) ve hem 32 hem de 64 bit işlemlerde çalışır (32 bit kilitlenmelerde daha az hata ayıklama bilgisi olsa da). Bu konuda, uygulamanızda bu özelliği etkinleştirmek için yapmanız gereken işlemler açıklanmaktadır. GWP-ASan, Android 11 (API düzeyi 30) veya sonraki sürümleri hedefleyen uygulamalarda kullanılabilir.

Genel bakış

GWP-ASan, işlemin başlatılmasıyla (veya zygote çatallandığında) rastgele seçilen bazı sistem uygulamalarında ve platform yürütülebilirlerinde etkinleştirilir. Bellekle ilgili hataları bulmanıza ve uygulamanızı ARM Bellek Etiketleme Uzantısı (MTE) desteğine hazırlamanıza yardımcı olması için kendi uygulamanızda GWP-ASan'ı etkinleştirin. Tahsis örnekleme mekanizmaları, ölüm sorgularına karşı da güvenilirlik sağlar.

Etkinleştirildiğinde GWP-ASan, rastgele seçilen bir yığın ayırma alt kümesini engeller ve bunları tespit edilmesi zor yığın bellek bozulması hatalarını yakalayan özel bir bölgeye yerleştirir. Yeterli sayıda kullanıcı olduğunda, bu düşük örnekleme hızı bile düzenli testlerde bulunamayan yığın bellek güvenliği hatalarını bulur. Örneğin, GWP-ASan Chrome tarayıcıda önemli sayıda hata tespit etti (çoğu hâlâ kısıtlı görünümdedir).

GWP-ASan, müdahale ettiği tüm ayırmalar hakkında ek bilgi toplar. Bu bilgiler, GWP-ASan bir bellek güvenliği ihlali algıladığında kullanılabilir ve hata ayıklamada önemli ölçüde yardımcı olabilecek yerel kilitlenme raporuna otomatik olarak yerleştirilir (Örneğe bakın).

GWP-ASan, önemli ölçüde CPU ek yüküne yol açmayacak şekilde tasarlanmıştır. GWP-ASan etkinleştirildiğinde küçük ve sabit bir RAM ek yükü getirir. Bu ek yük Android sistemi tarafından belirlenir ve etkilenen her işlem için şu anda yaklaşık 70 kibibayt (KiB) tutarındadır.

Uygulamanızı etkinleştirin

GWP-ASan, uygulama manifest dosyasında android:gwpAsanMode etiketi kullanılarak uygulamalar tarafından işlem başına etkinleştirilebilir. Aşağıdaki seçenekler desteklenir:

  • Her zaman devre dışı (android:gwpAsanMode="never"): Bu ayar, GWP-ASan'ı uygulamanızda tamamen devre dışı bırakır ve sistem dışı uygulamalar için varsayılan ayardır.

  • Her zaman etkin (android:gwpAsanMode="always"): Bu ayar, GWP-ASan'ı uygulamanızda etkinleştirir. Buna aşağıdakiler dahildir:

    1. İşletim sistemi, GWP-ASan işlemleri için sabit miktarda RAM ayırır. Bu, etkilenen her işlem için yaklaşık 70 KiB'dir. (Uygulamanız bellek kullanımındaki artışlara karşı kritik derecede hassas değilse GWP-ASan'ı etkinleştirin.)

    2. GWP-ASan, rastgele seçilen bir yığın ayırma alt kümesini engeller ve bunları bellek güvenliği ihlallerini güvenilir şekilde tespit eden özel bir bölgeye yerleştirir.

    3. Özel bölgede bellek güvenliği ihlali meydana geldiğinde GWP-ASan işlemi sonlandırır.

    4. GWP-ASan, kilitlenme raporundaki hata hakkında ek bilgi sağlar.

GWP-ASan'ı uygulamanızda global olarak etkinleştirmek için aşağıdaki kodu AndroidManifest.xml dosyanıza ekleyin:

<application android:gwpAsanMode="always">
  ...
</application>

Ayrıca, GWP-ASan, uygulamanızın belirli alt işlemleri için açıkça etkinleştirilebilir veya devre dışı bırakılabilir. GWP-ASan'ın açık bir şekilde etkinleştirilmiş veya devre dışı bırakılmış işlemleri kullanarak etkinlikleri ve hizmetleri hedefleyebilirsiniz. Örnek için aşağıdakilere bakın:

<application>
  <processes>
    <!-- Create the (empty) application process -->
    <process />

    <!-- Create subprocesses with GWP-ASan both explicitly enabled and disabled. -->
    <process android:process=":gwp_asan_enabled"
               android:gwpAsanMode="always" />
    <process android:process=":gwp_asan_disabled"
               android:gwpAsanMode="never" />
  </processes>

  <!-- Target services and activities to be run on either the GWP-ASan enabled or disabled processes. -->
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_disabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledService"
           android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledService"
           android:process=":gwp_asan_disabled" />
</application>

Geliştirici desteği

Bu bölümlerde, GWP-ASan kullanılırken ortaya çıkabilecek sorunlar ve bunların nasıl ele alınacağı açıklanmaktadır.

Ayırma/ayırma izleri eksik

Ayırma/ayırma çerçevelerinin eksik olduğu görülen bir yerel kilitlenmeyi teşhis ediyorsanız uygulamanızda kare işaretçileri eksik olabilir. GWP-ASan, performans nedeniyle ayırma ve anlaşma izlerini kaydetmek için çerçeve işaretçilerini kullanır. Yığın izleme mevcut değilse geri açılamaz.

Çerçeve işaretçileri, arm64 cihazlar için varsayılan olarak etkin, arm32 cihazlar için ise varsayılan olarak kapalıdır. Uygulamaların libc üzerinde kontrolü olmadığından, GWP-ASan'ın (genel olarak) 32 bit yürütülebilir dosyalar veya uygulamalar için ayırma/ayırma izlerini toplaması mümkün değildir. GWP-ASan'ın ayırma ve ayırma yığın izlerini toplayabilmesi için 64 bit uygulamaların -fomit-frame-pointer ile oluşturulmadığından emin olması gerekir.

Güvenlik ihlallerini yeniden oluşturma

GWP-ASan, kullanıcı cihazlarındaki yığın bellek güvenliği ihlallerini yakalamak için tasarlanmıştır. GWP-ASan, kilitlenme hakkında mümkün olduğunca fazla bağlam (ihlalin erişim izi, neden dizesi ve ayırma/ayırma izleri) sağlar, ancak ihlalin nasıl oluştuğunu anlamak yine de zor olabilir. Maalesef hata algılama olasılığa dayalı olduğundan, GWP-ASan raporlarının yerel bir cihazda yeniden oluşturulması genellikle yanıltıcıdır.

Bu durumlarda, hata 64 bit cihazları etkiliyorsa HWAddressSanitizer'ı (HWASan) kullanmanız gerekir. HWASan; yığın, yığın ve genel (stack [yığın)] bellek güvenliği ihlallerini güvenilir bir şekilde tespit eder. Uygulamanızı HWASan ile çalıştırmak, GWP-ASan tarafından bildirilen sonucun aynısını güvenilir bir şekilde yeniden oluşturabilir.

Uygulamanızı HWASan altında çalıştırmanın bir hataya kök neden olmak için yeterli olmadığı durumlarda, söz konusu kodu fuzz'a uygulamanız gerekir. GWP-ASan raporundaki bilgilere dayanarak fuzzing çalışmalarınızı hedefleyebilirsiniz. Bu bilgiler, temel kod durumu sorunlarını güvenilir bir şekilde tespit edip ortaya çıkarabilir.

Örnek

Bu örnek yerel kodda, boşaltıldıktan sonra yığın kullanımı hatası vardır:

#include <jni.h>
#include <string>
#include <string_view>

jstring native_get_string(JNIEnv* env) {
   std::string s = "Hellooooooooooooooo ";
   std::string_view sv = s + "World\n";

   // BUG: Use-after-free. `sv` holds a dangling reference to the ephemeral
   // string created by `s + "World\n"`. Accessing the data here is a
   // use-after-free.
   return env->NewStringUTF(sv.data());
}

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString(
    JNIEnv* env, jobject /* this */) {
  // Repeat the buggy code a few thousand times. GWP-ASan has a small chance
  // of detecting the use-after-free every time it happens. A single user who
  // triggers the use-after-free thousands of times will catch the bug once.
  // Alternatively, if a few thousand users each trigger the bug a single time,
  // you'll also get one report (this is the assumed model).
  jstring return_string;
  for (unsigned i = 0; i < 0x10000; ++i) {
    return_string = native_get_string(env);
  }

  return reinterpret_cast<jstring>(env->NewGlobalRef(return_string));
}

Yukarıdaki örnek kodun kullanıldığı bir test çalıştırması için GWP-ASan, yasa dışı kullanımı başarıyla tespit etti ve aşağıdaki kilitlenme raporunu tetikledi. GWP-ASan kilitlenme türü, ayırma meta verileri, ilişkili ayırma ve anlaşma yığın izleri hakkında bilgi sağlayarak raporu otomatik olarak iyileştirmiştir.

*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
Build fingerprint: 'google/sargo/sargo:10/RPP3.200320.009/6360804:userdebug/dev-keys'
Revision: 'PVT1.0'
ABI: 'arm64'
Timestamp: 2020-04-06 18:27:08-0700
pid: 16227, tid: 16227, name: 11.test.gwpasan  >>> android11.test.gwpasan <<<
uid: 10238
signal 11 (SIGSEGV), code 2 (SEGV_ACCERR), fault addr 0x736ad4afe0
Cause: [GWP-ASan]: Use After Free on a 32-byte allocation at 0x736ad4afe0

backtrace:
      #00 pc 000000000037a090  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckNonHeapValue(char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+448)
      #01 pc 0000000000378440  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckPossibleHeapValue(art::ScopedObjectAccess&, char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+204)
      #02 pc 0000000000377bec  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::Check(art::ScopedObjectAccess&, bool, char const*, art::(anonymous namespace)::JniValueType*)+612)
      #03 pc 000000000036dcf4  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::CheckJNI::NewStringUTF(_JNIEnv*, char const*)+708)
      #04 pc 000000000000eda4  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (_JNIEnv::NewStringUTF(char const*)+40)
      #05 pc 000000000000eab8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+144)
      #06 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

deallocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048f30  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::deallocate(void*)+184)
      #02 pc 000000000000f130  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::_DeallocateCaller::__do_call(void*)+20)
      ...
      #08 pc 000000000000ed6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::basic_string<char, std::__ndk1::char_traits<char>, std::__ndk1::allocator<char> >::~basic_string()+100)
      #09 pc 000000000000ea90  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+104)
      #10 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

allocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048e4c  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::allocate(unsigned long)+368)
      #02 pc 000000000003b258  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan_malloc(unsigned long)+132)
      #03 pc 000000000003bbec  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (malloc+76)
      #04 pc 0000000000010414  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (operator new(unsigned long)+24)
      ...
      #10 pc 000000000000ea6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+68)
      #11 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

Daha fazla bilgi

GWP-ASan'ın uygulama ayrıntıları hakkında daha fazla bilgi edinmek için LLVM belgelerini inceleyin. Android yerel kilitlenme raporları hakkında daha fazla bilgi edinmek için Yerel Kilitlenmeleri Teşhis Etme bölümüne bakın.