מיקרוסופט פותחת את CHERIoT, פתרון חומרה לשיפור אבטחת קוד C

מיקרוסופט גילתה פיתוחים הקשורים לפרויקט CHERIoT (Capability Hardware Extension to RISC-V for Internet of Things), שמטרתו לחסום בעיות אבטחה בקוד קיים ב-C ו-C++. CHERIoT מציעה פתרון המאפשר לך להגן על בסיסי קוד C/C++ קיימים ללא צורך בעיבוד מחדש. ההגנה מיושמת באמצעות שימוש במהדר שונה העושה שימוש בסט מורחב מיוחד של הוראות מעבד (ISA), המסופק על ידי המעבד וברמת החומרה ניטור גישה לזיכרון, בדיקת נכונות העבודה עם מצביעים והבטחת בידוד של בלוקי קוד.

הפרויקט נוצר מתוך עין לעובדה שהטבע הנמוך של שפת C הופך למקור שגיאות בעבודה עם זיכרון, מה שמוביל לבעיות כמו גלישת חיץ, גישה לזיכרון שכבר שוחרר, הפניות מצביעים או שחרורים כפולים. . התרגול מראה שאפילו תאגידים גדולים כמו גוגל ומיקרוסופט, שיש להם מדיניות סקירת שינויים קפדנית ומשתמשים בשיטות פיתוח מודרניות ובכלי ניתוח סטטי, לא יכולים להבטיח היעדר שגיאות בעבודה עם זיכרון (לדוגמה, כ-70% מהחולשות במיקרוסופט ו-Google נגרמות מטיפול לא בטוח בזיכרון).

ניתן לפתור את הבעיה על ידי שימוש בשפות תכנות המבטיחות פעולה בטוחה עם זיכרון, או כריכות עם בדיקות נוספות, למשל, על ידי שימוש במקום מצביעים רגילים כמו MiraclePtr (raw_ptr), המבצע בדיקות נוספות לגישה לאזורי זיכרון משוחררים. אבל שיטות כאלה מתאימות יותר לקוד חדש, ועיבוד מחדש של פרויקטים קיימים של C/C++ הוא די בעייתי, במיוחד אם הם מתוכננים לפעול בסביבות מוגבלות במשאבים, כמו מערכות משובצות והתקני Internet of Things.

רכיבי החומרה של CHERIoT מתוכננים כמיקרו-בקר המבוסס על ארכיטקטורת RISC-V, תוך הטמעת ארכיטקטורת המעבד המוגנת CHERI (Capability Hardware Extension to RISC-V), המספקת מודל של גישה מבוקרת לזיכרון המבוסס על "יכולת" (כל קריאה וכתיבה הפעולה לזיכרון מורשית). בהתבסס על ארכיטקטורת ערכת ההוראות (ISA) המסופקת ב-CHERIoT, נבנה מודל תוכנה המבטיח את בטיחות העבודה עם הזיכרון ברמת אובייקטים בודדים, מספק הגנה מפני גישה לזיכרון שכבר משוחרר ומיישם מערכת קלת משקל לבידוד גישה לזיכרון. . מודל הגנת התוכנה שצוין בא לידי ביטוי ישירות במודל שפת C/C++, המאפשר להשתמש בו להגנה על אפליקציות קיימות (נדרש רק הידור מחדש והרצה על ציוד התומך ב-ISA CHERIoT).

הפתרון המוצע מאפשר לך לחסום שגיאות הגורמות לאובייקט לחרוג מגבולות הזיכרון, אינו מאפשר החלפת מצביעים (יש להפיק את כל המצביעים מהמצביעים הקיימים), ומנטר את הגישה לזיכרון לאחר שחרור (כל גישה לזיכרון באמצעות מצביע שגוי מצביע או מצביע המפנה לאובייקט משוחרר מביאים לזריקת חריגה). לדוגמה, שימוש ב-CHERIoT מאפשר לך ליישם בדיקת גבולות אוטומטית, מעקב לאורך חיי הזיכרון ואכיפת שלמות המצביעים ברכיבים המטפלים בנתונים לא מהימנים מבלי לדרוש שינויי קוד.

הפרויקט כולל מפרט של ארכיטקטורת ערכת ההוראות המורחבת של CHERIoT, יישום ייחוס של מעבד RISC-V של 32 סיביות התומך ב-CHERIoT ISA, וערכת כלים מסוג LLVM שונה. דיאגרמות אב טיפוס של מעבד ותיאורי בלוק חומרה ב-Verilog מופצים תחת רישיון Apache 2.0. ליבת Ibex מפרויקט lowRISC שימשה כבסיס למעבד. מודל הקוד של CHERIoT ISA מוגדר בשפת Sail והוא מורשה תחת רישיון BSD.

בנוסף, מוצע אב טיפוס של מערכת ההפעלה בזמן אמת CHERIoT RTOS, המספק את היכולת לבודד תאים גם במערכות משובצות עם 256 מגה-בייט של זיכרון RAM. קוד CHERIoT RTOS כתוב ב-C++ ומופץ תחת רישיון MIT. הרכיבים הבסיסיים של מערכת ההפעלה, כמו טוען האתחול, מתזמן ומערכת הפצת זיכרון, מעוצבים בצורה של תאים.

תא ב-CHERIoT RTOS הוא שילוב מבודד של קוד ומשתנים גלובליים הדומה לספרייה משותפת, אך בניגוד לזו האחרונה, הוא יכול לשנות את מצבו (ניתן לשינוי) ולרוץ בהקשר אבטחה נפרד. שום קוד מבחוץ לא יכול להעביר שליטה לקוד בתא ולגשת לאובייקטים, למעט גישה לנקודות כניסה שהוגדרו במיוחד ושימוש במצביעים לאובייקטים שהועברו במפורש בעת קריאה לתא אחר. שלמות וסודיות מובטחות עבור קוד ואובייקטים גלובליים בתא.

מקור: OpenNet.ru