GWP-ASan เป็นฟีเจอร์การจัดสรรหน่วยความจำของระบบที่จะช่วยค้นหาข้อบกพร่องการใช้งานหลังช่วงใช้ฟรี และบัฟเฟอร์ล้นฮีป ชื่อไม่เป็นทางการของบริการนี้คือตัวย่อแบบซ้ำซ้อน "GWP-ASan Will Provide Allocation SANity" GWP-ASan ไม่จำเป็นต้องใช้ซอร์สโค้ดหรือคอมไพล์อีกครั้ง (กล่าวคือ ทำงานกับรุ่นที่สร้างไว้ล่วงหน้าได้) และทำงานได้กับทั้งกระบวนการแบบ 32 บิตและ 64 บิต (แม้ว่าข้อขัดข้องแบบ 32 บิตจะมีข้อมูลการแก้ไขข้อบกพร่องน้อยกว่า) ซึ่งแตกต่างจาก HWASan หรือ Malloc Debug หัวข้อนี้จะอธิบายการดำเนินการที่คุณต้องทำเพื่อเปิดใช้ฟีเจอร์นี้ในแอป GWP-ASan พร้อมใช้งานในแอปที่กําหนดเป้าหมายเป็น Android 11 (API ระดับ 30) ขึ้นไป
ภาพรวม
GWP-ASan จะเปิดใช้ในแอปพลิเคชันระบบและไฟล์ปฏิบัติการของแพลตฟอร์มบางรายการที่ระบบเลือกแบบสุ่มเมื่อเริ่มกระบวนการ (หรือเมื่อ zygote แยกตัว) เปิดใช้ GWP-ASan ในแอปของคุณเองเพื่อช่วยค้นหาข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจำ และเตรียมแอปให้พร้อมรองรับ Memory Tagging Extension (MTE) ของ ARM กลไกการสุ่มตัวอย่างการจัดสรรยังเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับการค้นหาการเสียชีวิตด้วย
เมื่อเปิดใช้แล้ว GWP-ASan จะขัดจังหวะการจัดสรรฮีปชุดย่อยที่เลือกแบบสุ่ม และวางไว้ในภูมิภาคพิเศษที่จะจับข้อบกพร่องการทําลายหน่วยความจําของฮีปที่ตรวจจับได้ยาก เมื่อผู้ใช้มีจำนวนมากพอ แม้แต่อัตราการสุ่มตัวอย่างที่ต่ำเช่นนี้ก็จะพบข้อบกพร่องด้านความปลอดภัยของหน่วยความจำฮีปที่ตรวจไม่พบผ่านการทดสอบปกติ ตัวอย่างเช่น GWP-ASan พบข้อบกพร่องจำนวนมากในเบราว์เซอร์ Chrome (ซึ่งหลายรายการยังอยู่ในมุมมองที่จํากัด)
GWP-ASan จะรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจัดสรรทั้งหมดที่ตรวจพบ ข้อมูลนี้จะพร้อมใช้งานเมื่อ GWP-ASan ตรวจพบการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจํา และระบบจะใส่ข้อมูลนี้ไว้ในรายงานข้อขัดข้องของระบบโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยแก้ไขข้อบกพร่องได้อย่างมาก (ดูตัวอย่าง)
GWP-ASan ได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่สำคัญใน CPU GWP-ASan จะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมเล็กน้อยสำหรับ RAM เมื่อเปิดใช้ ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมนี้ขึ้นอยู่กับระบบ Android และปัจจุบันมีประมาณ 70 กิบิไบต์ (KiB) สำหรับแต่ละกระบวนการที่ได้รับผลกระทบ
เลือกใช้แอป
แอปอาจเปิดใช้ GWP-ASan ในระดับกระบวนการแต่ละรายการได้โดยใช้แท็ก android:gwpAsanMode ในไฟล์ Manifest ของแอป ระบบรองรับตัวเลือกต่อไปนี้
ปิดใช้เสมอ (
android:gwpAsanMode="never"): การตั้งค่านี้จะปิดใช้ GWP-ASan ในแอปโดยสมบูรณ์ และเป็นค่าเริ่มต้นสําหรับแอปที่ไม่ใช่ระบบค่าเริ่มต้น (
android:gwpAsanMode="default"หรือไม่ระบุ): Android 13 (API ระดับ 33) และต่ำกว่า - GWP-ASan ปิดอยู่ Android 14 (API ระดับ 34) ขึ้นไป - GWP-ASan แบบกู้คืนได้เปิดใช้เปิดใช้เสมอ (
android:gwpAsanMode="always"): การตั้งค่านี้จะเปิดใช้ GWP-ASan ในแอป ซึ่งรวมถึงการดำเนินการต่อไปนี้ระบบปฏิบัติการจะจอง RAM ไว้จำนวนหนึ่งสำหรับการดำเนินการ GWP-ASan ประมาณ 70 KiB สำหรับแต่ละกระบวนการที่ได้รับผลกระทบ (เปิดใช้ GWP-ASan หากแอปของคุณไม่ไวต่อการใช้งานหน่วยความจําที่เพิ่มขึ้นอย่างร้ายแรง)
GWP-ASan จะขัดจังหวะการจัดสรรฮีปชุดย่อยที่เลือกแบบสุ่มและวางไว้ในภูมิภาคพิเศษที่ตรวจจับการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำได้อย่างน่าเชื่อถือ
เมื่อมีการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำเกิดขึ้นในภูมิภาคพิเศษ GWP-ASan จะสิ้นสุดกระบวนการ
GWP-ASan จะแสดงข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อบกพร่องในรายงานข้อขัดข้อง
หากต้องการเปิดใช้ GWP-ASan ทั่วโลกสําหรับแอป ให้เพิ่มข้อมูลต่อไปนี้ลงในไฟล์ AndroidManifest.xml
<application android:gwpAsanMode="always"> ... </application>
นอกจากนี้ คุณยังเปิดหรือปิดใช้ GWP-ASan อย่างชัดเจนสําหรับกระบวนการย่อยที่เฉพาะเจาะจงของแอปได้ โดยสามารถกําหนดเป้าหมายกิจกรรมและบริการโดยใช้กระบวนการที่เลือกใช้หรือเลือกไม่ใช้ GWP-ASan อย่างชัดเจน โปรดดูตัวอย่างต่อไปนี้
<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>
GWP-ASan ที่กู้คืนได้
Android 14 (API ระดับ 34) ขึ้นไปรองรับ GWP-ASan แบบกู้คืนได้ ซึ่งจะช่วยให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์พบข้อบกพร่องบัฟเฟอร์ล้นฮีป (Heap Buffer Overflow) และการใช้งานฮีปหลังช่วงใช้ฟรี (Heap Use After Free) ในเวอร์ชันที่ใช้งานจริงได้โดยไม่ทำให้ประสบการณ์ของผู้ใช้ลดลง เมื่อไม่ได้ระบุ android:gwpAsanMode ใน AndroidManifest.xml แอปจะใช้ GWP-ASan แบบกู้คืนได้
GWP-ASan ที่กู้คืนได้แตกต่างจาก GWP-ASan พื้นฐานดังนี้
- GWP-ASan แบบกู้คืนได้จะเปิดใช้เฉพาะในการเปิดแอปประมาณ 1% เท่านั้น ไม่ใช่การเปิดแอปพลิเคชันทุกครั้ง
- เมื่อตรวจพบข้อบกพร่อง heap-use-after-free หรือ heap-buffer-overflow ข้อบกพร่องนี้จะปรากฏในรายงานข้อขัดข้อง (Tombstone) รายงานข้อขัดข้องนี้พร้อมใช้งานผ่าน
ActivityManager#getHistoricalProcessExitReasonsAPI เช่นเดียวกับ GWP-ASan เวอร์ชันเดิม - GWP-ASan แบบกู้คืนได้จะไม่ออกจากระบบหลังจากถ่ายโอนข้อมูลรายงานข้อขัดข้อง แต่จะให้หน่วยความจำเสียหายและแอปทำงานต่อไป แม้ว่ากระบวนการจะดำเนินต่อไปตามปกติ แต่ลักษณะการทํางานของแอปจะไม่ได้รับการระบุอีกต่อไป เนื่องจากการเสียหายของหน่วยความจํา แอปอาจขัดข้อง ณ จุดใดก็ได้ในอนาคต หรืออาจทํางานต่อไปโดยไม่ส่งผลกระทบต่อผู้ใช้
- GWP-ASan ที่กู้คืนได้จะปิดใช้งานหลังจากมีการถ่ายโอนข้อมูลรายงานข้อขัดข้อง ดังนั้น แอปจะได้รับรายงาน GWP-ASan ที่กู้คืนได้เพียง 1 ฉบับต่อการเปิดแอป 1 ครั้ง
- หากติดตั้งตัวแฮนเดิลสัญญาณที่กำหนดเองในแอป ระบบจะไม่เรียกใช้ตัวแฮนเดิลสัญญาณดังกล่าวสำหรับสัญญาณ SIGSEGV ที่บ่งบอกถึงข้อบกพร่อง GWP-ASan ที่แก้ไขได้
เนื่องจากข้อขัดข้องของ GWP-ASan ที่กู้คืนได้บ่งบอกถึงอินสแตนซ์จริงของหน่วยความจําที่เสียหายในอุปกรณ์ของผู้ใช้ปลายทาง เราจึงขอแนะนําอย่างยิ่งให้จัดลําดับความสําคัญและแก้ไขข้อบกพร่องที่ GWP-ASan ที่กู้คืนได้ระบุไว้
การสนับสนุนสำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์
ส่วนเหล่านี้จะระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นเมื่อใช้ GWP-ASan และวิธีจัดการปัญหา
ไม่มีร่องรอยการจัดสรร/ยกเลิกการจัดสรร
หากคุณกำลังวิเคราะห์ข้อขัดข้องแบบเนทีฟที่ดูเหมือนจะไม่มีเฟรมการจัดสรร/การจัดสรรใหม่ แสดงว่าแอปพลิเคชันของคุณอาจไม่มีเคอร์เซอร์เฟรม GWP-ASan ใช้เคอร์เซอร์เฟรมเพื่อบันทึกการติดตามการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรเพื่อเหตุผลด้านประสิทธิภาพ และไม่สามารถยกเลิกการติดตามสแต็กหากไม่มีเคอร์เซอร์เฟรม
ตัวชี้เฟรมจะเปิดอยู่โดยค่าเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์ arm64 และปิดอยู่โดยค่าเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์ arm32 เนื่องจากแอปพลิเคชันไม่สามารถควบคุม libc ได้ GWP-ASan จึงไม่สามารถรวบรวมร่องรอยการจัดสรร/ยกเลิกการจัดสรรสําหรับไฟล์ปฏิบัติการหรือแอป 32 บิตได้ (โดยทั่วไป) แอปพลิเคชัน 64 บิตควรไม่สร้างขึ้นด้วย -fomit-frame-pointer เพื่อให้ GWP-ASan รวบรวมสแต็กเทรซการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรได้
การจำลองการละเมิดความปลอดภัย
GWP-ASan ออกแบบมาเพื่อตรวจจับการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำฮีปในอุปกรณ์ของผู้ใช้ GWP-ASan ให้บริบทเกี่ยวกับข้อขัดข้องมากที่สุด (การติดตามการเข้าถึงการละเมิด, สตริงสาเหตุ และการติดตามการจัดสรร/การจัดสรรใหม่) แต่อาจยังสรุปได้ยากว่าการละเมิดเกิดขึ้นได้อย่างไร ขออภัย เนื่องจากการตรวจหาข้อบกพร่องเป็นแบบสุ่ม รายงาน GWP-ASan จึงมักทำให้เกิดปัญหาในการจำลองบนอุปกรณ์เครื่องอื่น
ในกรณีเหล่านี้ หากข้อบกพร่องส่งผลต่ออุปกรณ์ 64 บิต คุณควรใช้ HWAddressSanitizer (HWASan) HWASan ตรวจหาการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำในกอง ฮีป และตัวแปรส่วนกลางได้อย่างน่าเชื่อถือ การเรียกใช้แอปพลิเคชันด้วย GWASan อาจทําให้เกิดผลลัพธ์เดียวกันกับที่ GWP-ASan รายงาน
ในกรณีที่การเรียกใช้แอปพลิเคชันภายใต้ HWASan ไม่เพียงพอที่จะระบุสาเหตุของข้อบกพร่อง คุณควรลองสร้างข้อมูลเท็จโค้ดที่เป็นปัญหา คุณสามารถกำหนดเป้าหมายการทดสอบการใช้ข้อมูลเท็จตามข้อมูลในรายงาน GWP-ASan ซึ่งสามารถตรวจหาและเปิดเผยปัญหาด้านสุขภาพของโค้ดที่อยู่เบื้องหลังได้อย่างน่าเชื่อถือ
ตัวอย่าง
โค้ดเนทีฟตัวอย่างนี้มีข้อบกพร่องการใช้กองหลังจากการปลดปล่อย
#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));
}
สำหรับการทดสอบโดยใช้โค้ดตัวอย่างด้านบน GWP-ASan ตรวจพบการใช้งานที่ผิดกฎหมายและเรียกใช้รายงานข้อขัดข้องด้านล่างได้สําเร็จ GWP-ASan ได้ปรับปรุงรายงานโดยอัตโนมัติโดยให้ข้อมูลเกี่ยวกับประเภทข้อขัดข้อง เมตาข้อมูลการจัดสรร และการติดตามกองซ้อนการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรที่เกี่ยวข้อง
*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
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)
...
ข้อมูลเพิ่มเติม
ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายละเอียดการใช้งาน GWP-ASan ได้ที่เอกสารประกอบ LLVM ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายงานข้อขัดข้องของระบบ Android ได้ที่การวินิจฉัยข้อขัดข้องของระบบ