Мајкрософт го отвора CHERIOT, хардверско решение за подобрување на безбедноста на C кодот

Мајкрософт откри развој на настани поврзани со проектот CHERIOT (Capability Hardware Extension to RISC-V for Internet of Things), чија цел е да ги блокира безбедносните проблеми во постоечкиот код во C и C++. CHERIOT нуди решение кое ви овозможува да ги заштитите постоечките бази на кодови C/C++ без потреба од нивна преработка. Заштитата се спроведува преку употреба на модифициран компајлер кој користи специјален проширен сет на инструкции за процесор (ISA), обезбедени од процесорот и на хардверско ниво го следи пристапот до меморијата, ја проверува исправноста на работата со покажувачите и обезбедува изолација на кодните блокови.

Проектот е создаден со оглед на фактот дека природата на ниското ниво на јазикот C станува извор на грешки при работа со меморија, што доведува до проблеми како што се прелевање на баферот, пристап до веќе ослободена меморија, дереференции на покажувачот или двојно ослободување . Практиката покажува дека дури и големите корпорации како Google и Microsoft, кои имаат строга политика за преглед на промени и користат современи развојни методи и алатки за статичка анализа, не можат да гарантираат отсуство на грешки при работа со меморија (на пример, околу 70% од пропустите во Microsoft и Google се предизвикани од небезбедно ракување со меморијата).

Проблемот може да се реши со користење на програмски јазици кои гарантираат безбедно работење со меморијата, или врзување со дополнителни проверки, на пример, со користење наместо обични покажувачи како MiraclePtr (raw_ptr), кој врши дополнителни проверки за пристап до ослободените мемориски области. Но, таквите методи се посоодветни за нов код, а преработката на постоечки C/C++ проекти е доста проблематична, особено ако тие се дизајнирани да работат во средини со ограничени ресурси, како што се вградени системи и уреди за Интернет на нештата.

Хардверските компоненти на CHERIoT се дизајнирани како микроконтролер базиран на архитектурата RISC-V, имплементирајќи ја заштитената архитектура на процесорот CHERI (Capability Hardware Extension to RISC-V), која обезбедува модел на контролиран пристап до меморија врз основа на „способност“ (секое читање и пишување операцијата до меморијата е овластена) . Врз основа на архитектурата на множество инструкции (ISA) обезбедена во CHERIOT, изграден е софтверски модел кој гарантира безбедност при работа со меморија на ниво на поединечни објекти, обезбедува заштита од пристап до веќе ослободената меморија и имплементира лесен систем за изолација на пристап до меморијата. . Наведениот модел за заштита на софтвер директно се рефлектира во моделот на јазикот C/C++, што овозможува да се користи за заштита на постоечките апликации (потребно е само прекомпајлирање и извршување на опрема што поддржува ISA CHERIOT).

Предложеното решение ви овозможува да ги блокирате грешките што предизвикуваат објект да оди подалеку од границите на меморијата, не дозволува замена на покажувачот (сите покажувачи мора да се генерираат од постоечките покажувачи) и го следи пристапот до меморијата по ослободувањето (било кој пристап до меморијата користејќи неточни покажувач или покажувач што упатува на ослободен објект резултира со исклучок). На пример, користењето на CHERIOT ви овозможува да имплементирате автоматско проверување на границите, следење на животниот век на меморијата и спроведување на интегритетот на покажувачот во компонентите што ракуваат со недоверливи податоци без да бараат промени во кодот.

Проектот вклучува спецификација на проширената архитектура на инструкциски сет CHERIOT, референтна имплементација на 32-битен RISC-V процесор кој го поддржува CHERIOT ISA и модифициран LLVM пакет со алатки. Дијаграмите за прототипови на процесорот и описите на хардверските блокови во Verilog се дистрибуираат под лиценцата Apache 2.0. Јадрото Ibex од проектот lowRISC беше искористено како основа за процесорот. Моделот на кодот CHERIOT ISA е дефиниран на јазикот Sail и е лиценциран според лиценцата BSD.

Дополнително, предложен е прототип на оперативниот систем CHERIOT RTOS во реално време, кој обезбедува можност за изолирање на прегради дури и на вградени системи со 256 MB RAM. Кодот CHERIOT RTOS е напишан во C++ и се дистрибуира под лиценцата MIT. Основните компоненти на ОС, како што се подигачот, распоредувачот и системот за дистрибуција на меморијата, се дизајнирани во форма на прегради.

Одделот во CHERIOT RTOS е изолирана комбинација на код и глобални променливи што наликува на заедничка библиотека, но за разлика од втората, може да ја промени својата состојба (променлива) и да работи во посебен безбедносен контекст. Ниту една шифра однадвор не може да ја пренесе контролата на кодот во одделот и да пристапи до објекти, освен со пристап до специјално дефинирани влезни точки и користење на покажувачи на објекти кои експлицитно се пренесуваат при повикување на друг оддел. Интегритетот и доверливоста се загарантирани за кодот и глобалните објекти во одделот.

Извор: opennet.ru