CHERIoT 1.0 აპარატურული და პროგრამული პლატფორმა C კოდის უსაფრთხოების გასაუმჯობესებლად

გამოვიდა CHERIoT 1.0 (Capability Hardware Extension to RISC-V for Internet of Things) აპარატურული და პროგრამული პლატფორმის სპეციფიკაციის საბოლოო ვერსია. იგი განსაზღვრავს ინსტრუქციების ნაკრების გაფართოებას (ISA) უსაფრთხო მოწყობილობების შესაქმნელად. CHERIoT უზრუნველყოფს აპარატურულ შესაძლებლობებს მეხსიერებაზე წვდომის მონიტორინგისთვის, მაჩვენებლის ვალიდაციისთვის და კოდის ბლოკის იზოლაციისთვის. გამოქვეყნდა CHERIoT ISA საცნობარო ფორმალური მოდელის სტაბილური ვერსია, რომელიც განსაზღვრულია Sail ენაზე. პროექტის ნამუშევარი გავრცელებულია BSD ლიცენზიით.

CHERIoT პროექტი შეიქმნა Microsoft-ის მიერ, რათა გადაჭრილიყო არსებული C და C++ კოდის უსაფრთხოების პრობლემები და დაეცვა იგი მისი გადაწერის გარეშე. დაცვა მიიღწევა მოდიფიცირებული კომპილატორის გამოყენებით, რომელიც იყენებს გაფართოებულ ინსტრუქციების ნაკრებს (ISA) მაჩვენებლის მთლიანობის, მეხსიერების საზღვრების კონტროლისა და გათავისუფლებულ მეხსიერებაზე წვდომის თავიდან ასაცილებლად. 2023 წელს CHERIoT-ის ნამუშევარი ღია კოდის გახდა და კოლაბორაციულ პროექტად გარდაიქმნა, რომელსაც სხვა კომპანიებიც შეუერთდნენ.

CHERIoT-ის აპარატურული კომპონენტები დანერგილია RISC-V-ზე დაფუძნებული მიკროკონტროლერის სახით, რომელიც ახორციელებს უსაფრთხო CHERI (RISC-V-ის შესაძლებლობების აპარატურული გაფართოება) პროცესორის არქიტექტურას შესაძლებლობებზე დაფუძნებული, კონტროლირებადი მეხსიერების წვდომის მოდელით (მეხსიერების წაკითხვისა და ჩაწერის თითოეული ოპერაცია ავტორიზებულია). CHERIoT ინსტრუქციების ნაკრების არქიტექტურა (ISA) გამოიყენება პროგრამული მოდელის შესაქმნელად, რომელიც უზრუნველყოფს მეხსიერების უსაფრთხოებას ობიექტის დონეზე, იცავს ადრე გამოთავისუფლებულ მეხსიერებაზე წვდომისგან და ახორციელებს მეხსიერების წვდომის იზოლაციის მსუბუქ სისტემას.

პროგრამული უზრუნველყოფის დაცვის ეს მოდელი პირდაპირ მიმაგრებულია C/C++ ენის მოდელთან, რაც საშუალებას იძლევა გამოყენებულ იქნას არსებულ აპლიკაციებზე, რომელთა დაცვაც მოითხოვს მხოლოდ ხელახლა კომპილაციას და შესრულებას აპარატურაზე, რომელიც მხარს უჭერს CHERIoT ISA-ს. მაგალითად, CHERIoT-ის გამოყენება საშუალებას იძლევა განხორციელდეს ავტომატური საზღვრების შემოწმება, მეხსიერების სიცოცხლის ხანგრძლივობის მონიტორინგი და მაჩვენებლის მთლიანობა არასანდო მონაცემების დამმუშავებელ კომპონენტებში კოდის ცვლილებების გარეშე.

CHERIoT-ის მიერ დაბლოკილ პრობლემებს შორისაა:

• მეხსიერება საზღვრებს მიღმაა;
• მაჩვენებლის ჩანაცვლება (CHERIOT-ის გამოყენებისას, ყველა მაჩვენებელი უნდა იყოს წარმოებული უკვე არსებული მაჩვენებლებიდან);
• მეხსიერებაზე წვდომა გათავისუფლების შემდეგ (მეხსიერებაზე ნებისმიერი წვდომა არასწორი მაჩვენებლის ან გათავისუფლებულ ობიექტზე მიმართული მაჩვენებლის გამოყენებით იწვევს გამონაკლისის წარმოქმნას CHERIoT-ის გამოყენებისას).

სპეციფიკაციისა და ფორმალური მოდელის გარდა, პროექტი ავითარებს 32-ბიტიანი RISC-V Ibex CPU-ს საცნობარო იმპლემენტაციას CHERIoT ISA-ს და მოდიფიცირებული LLVM ინსტრუმენტთა ჯაჭვის მხარდაჭერით. Verilog-ში CPU-ს პროტოტიპის სქემები და აპარატურული ბლოკების აღწერილობები გავრცელებულია Apache 2.0 ლიცენზიით. CPU დაფუძნებულია lowRISC პროექტის Ibex ბირთვზე. CHERIoT Ibex ბირთვზე დაფუძნებული ICENI ჩიპები მზადდება მასობრივი წარმოებისთვის, რომლის ხელმისაწვდომობაც მომავალი წლისთვისაა დაგეგმილი. Microsoft ასევე ავითარებს Kudu მიკროკონტროლერს CHERIoT ISA-ს მხარდაჭერით. Ibex და Kudu უკვე სრულად უჭერენ მხარს CHERIoT 1.0 სპეციფიკაციას. RISC-V International-ში მიმდინარეობს მუშაობა RISC-V პროცესორებისთვის CHERI გაფართოებების სტანდარტიზაციაზე.

გარდა ამისა, მუშავდება FPGA-ზე დაფუძნებული პლატფორმის ემულატორი და Docker კონტეინერი დეველოპერებისთვის წინასწარ დაინსტალირებული ხელსაწყოებით და Ibex CPU სიმულატორით, რომლებიც Verilator-ის გამოყენებით არის დანერგილი. გარდა ამისა, CHERIoT-ის საფუძველზე შემუშავდა CHERIoT RTOS რეალურ დროში მომუშავე ოპერაციული სისტემის პროტოტიპი, რომელიც უზრუნველყოფს განყოფილებების იზოლირებას 256 მბ ოპერატიული მეხსიერებით ჩაშენებულ სისტემებშიც კი. CHERIoT RTOS კოდი დაწერილია C++-ში და გავრცელებულია MIT ლიცენზიით. ოპერაციული სისტემის ძირითადი კომპონენტები, როგორიცაა ჩამტვირთავი, დამგეგმავი და მეხსიერების განაწილების სისტემა, დანერგილია განყოფილებების სახით.

CHERIoT RTOS-ში განყოფილება წარმოადგენს კოდისა და გლობალური ცვლადების იზოლირებულ კომბინაციას, რომელიც საერთო ბიბლიოთეკას მოგვაგონებს, მაგრამ საერთო ბიბლიოთეკისგან განსხვავებით, ის ცვალებადია და მუშაობს ცალკე უსაფრთხოების კონტექსტში. ვერცერთი გარე კოდი ვერ გადასცემს კონტროლს განყოფილებაში არსებულ კოდზე ან წვდომის ობიექტებზე, გარდა დანიშნულ შესვლის წერტილებზე წვდომისა და სხვა განყოფილებაში გამოძახებისას ობიექტებზე მითითებების გამოყენებისა. განყოფილებაში არსებული კოდისა და გლობალური ობიექტების მთლიანობა და კონფიდენციალურობა გარანტირებულია.

წყარო: opennet.ru