Linux ARM ASLR 的作用与实现方式
简介
ASLR(Address Space Layout Randomization,地址空间布局随机化)是一种安全技术,用于防止攻击者通过利用已知的内存地址来进行攻击。它通过随机化进程的内存地址空间布局,使得内存地址难以预测,从而增加了攻击的难度。
ASLR 的作用
ASLR 的主要作用是增加系统的安全性,防止以下几种攻击:
- 缓冲区溢出攻击:攻击者通过向程序写入超出缓冲区大小的数据,覆盖关键数据结构,如返回地址等。ASLR使得这些地址难以预测。
- 返回导向编程(ROP)攻击:攻击者利用程序已有的代码片段,通过改变程序的控制流来执行恶意代码。ASLR使得这些代码片段的地址难以预测。
- 格式化字符串攻击:攻击者利用格式化字符串漏洞读取或写入任意地址。ASLR使得这些地址难以预测。
ASLR 的实现方式
ASLR 在 Linux 系统中的实现方式包括以下几个方面:
- 堆栈地址随机化:每次程序运行时,堆栈的起始地址是随机的。这样攻击者无法预测堆栈的确切地址。
- 堆地址随机化:堆的起始地址和堆中分配的内存块地址是随机的。这样攻击者无法预测堆的确切地址。
- 动态链接库地址随机化:每次程序运行时,动态链接库的加载地址是随机的。这样攻击者无法预测动态链接库的确切地址。
- 可执行映像地址随机化:可执行文件的加载地址是随机的。这样攻击者无法预测可执行文件的确切地址。
示例代码
我们可以通过编写简单的 C 程序来观察 ASLR 的效果。
程序示例 1:简单的堆栈地址随机化观察
c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void print_stack_address() {
int stack_var;
printf("Stack address: %p\n", (void*)&stack_var);
}
int main() {
print_stack_address();
return 0;
}
程序示例 2:简单的堆地址随机化观察
c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void print_heap_address() {
int *heap_var = (int*)malloc(sizeof(int));
printf("Heap address: %p\n", (void*)heap_var);
free(heap_var);
}
int main() {
print_heap_address();
return 0;
}
运行示例
在启用了 ASLR 的系统上多次运行上述程序,我们可以看到每次运行时堆栈地址和堆地址都会发生变化。
bash
$ ./stack_example
Stack address: 0x7ffc58c9b6fc
$ ./stack_example
Stack address: 0x7ffe3f8e96fc
$ ./heap_example
Heap address: 0x55dbe7f7b260
$ ./heap_example
Heap address: 0x561aabf9b290
检查 ASLR 是否启用
可以通过检查 /proc/sys/kernel/randomize_va_space
文件的值来确定系统是否启用了 ASLR:
bash
$ cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
2
其中,值 2
表示完全启用 ASLR,值 1
表示部分启用,值 0
表示禁用。
内核实现部分
ASLR 的内核实现主要集中在内存管理和进程创建的代码中。以下是几个关键的部分:
1. 内存映射布局的选择
主要在 mm
目录下的代码文件中,如 mm/mmap.c
和 mm/arch_pick_mmap_layout.c
。
c
// mm/mmap.c
void arch_pick_mmap_layout(struct mm_struct *mm) {
// 选择地址空间布局
}
// arch/x86/mm/mmap.c
unsigned long randomize_va_space(unsigned long base) {
// 随机化地址空间
}
2. 进程创建和执行新程序
在执行新程序时,内核会随机化堆栈、堆和其他内存区域的地址。相关代码在 fs/exec.c
中。
c
// fs/exec.c
int setup_arg_pages(struct linux_binprm *bprm,
unsigned long stack_top,
int executable_stack) {
// 设置参数页面,随机化堆栈地址
}
3. 内核配置和控制
内核通过 /proc/sys/kernel/randomize_va_space
文件来控制 ASLR 的行为。相关代码在 kernel/sysctl.c
中。
c
// kernel/sysctl.c
static struct ctl_table kern_table[] = {
{
.procname = "randomize_va_space",
.data = &randomize_va_space,
.maxlen = sizeof(int),
.mode = 0644,
.proc_handler= proc_dointvec_minmax,
.extra1 = SYSCTL_ZERO,
.extra2 = SYSCTL_TWO,
},
};
具体代码实现
以下是一些具体的内核代码片段,展示了 ASLR 的实现细节:
地址空间随机化
arch/x86/mm/mmap.c
中的 arch_pick_mmap_layout
函数负责选择进程的内存映射布局。
c
// arch/x86/mm/mmap.c
void arch_pick_mmap_layout(struct mm_struct *mm) {
if (current->flags & PF_RANDOMIZE) {
mm->mmap_base = randomize_stack_top(mm);
mm->get_unmapped_area = arch_get_unmapped_area;
} else {
mm->mmap_base = mmap_base;
mm->get_unmapped_area = arch_get_unmapped_area_no_randomization;
}
}
堆栈随机化
fs/exec.c
中的 setup_arg_pages
函数设置参数页面并随机化堆栈地址。
c
// fs/exec.c
int setup_arg_pages(struct linux_binprm *bprm,
unsigned long stack_top,
int executable_stack) {
unsigned long random_variable;
...
if (current->flags & PF_RANDOMIZE) {
random_variable = get_random_bytes() % STACK_RND_MASK;
stack_top -= random_variable;
}
...
}
通过以上代码片段可以看出,ASLR 的实现涉及到多个内核模块,通过在进程创建和内存分配时引入随机化,来提高系统的安全性。详细了解具体的实现细节,可以查阅 Linux 内核源代码中的这些文件。