मायक्रोसॉफ्टने C कोड सुरक्षा सुधारण्यासाठी CHERIoT, हार्डवेअर सोल्यूशन उघडले

मायक्रोसॉफ्टने CHERIoT (कॅबिलिटी हार्डवेअर एक्सटेंशन टू RISC-V फॉर इंटरनेट ऑफ थिंग्ज) प्रकल्पावरील त्यांचे काम प्रकाशित केले आहे, ज्याचा उद्देश विद्यमान C आणि C++ कोडमधील सुरक्षा भेद्यता कमी करणे आहे. CHERIoT एक उपाय ऑफर करते जो विद्यमान C/C++ कोडबेसना पुन्हा काम न करता त्यांचे संरक्षण करतो. हे संरक्षण एका सुधारित कंपायलरच्या वापराद्वारे प्राप्त केले जाते जे प्रोसेसरद्वारे प्रदान केलेल्या विशेष विस्तारित सूचना संच (ISA) चा वापर करते आणि हार्डवेअर स्तरावर मेमरी प्रवेशाचे निरीक्षण करते, योग्य पॉइंटर हाताळणी सत्यापित करते आणि कोड ब्लॉक अलगाव सुनिश्चित करते.

सी भाषेचे निम्न-स्तरीय स्वरूप मेमरी त्रुटींचे स्रोत आहे हे समजून घेऊन हा प्रकल्प तयार करण्यात आला होता, ज्यामुळे बफर ओव्हरफ्लो, पूर्वी मुक्त केलेल्या मेमरीचे प्रवेश, पॉइंटर डीरेफरन्स आणि डबल-फ्री सारख्या समस्या उद्भवतात. अनुभव दर्शवितो की Google आणि Microsoft सारख्या मोठ्या कॉर्पोरेशन्स, ज्यांच्याकडे कठोर बदल पुनरावलोकन धोरणे आहेत आणि आधुनिक विकास पद्धती आणि स्थिर विश्लेषण साधने वापरतात, ते देखील मेमरी त्रुटींच्या अनुपस्थितीची हमी देऊ शकत नाहीत (उदाहरणार्थ, Microsoft आणि Google सॉफ्टवेअर उत्पादनांमधील अंदाजे 70% भेद्यता असुरक्षित मेमरी हाताळणीमुळे होतात).

मेमरी सुरक्षिततेची हमी देणाऱ्या प्रोग्रामिंग भाषा वापरून किंवा अतिरिक्त तपासणीसह फ्रेमवर्क वापरून समस्या सोडवता येते, जसे की मानक पॉइंटर्सऐवजी MiraclePtr (raw_ptr) वापरणे, जे मुक्त मेमरी क्षेत्रांमधील प्रवेशांवर अतिरिक्त तपासणी करते. तथापि, अशा पद्धती नवीन कोडसाठी अधिक योग्य आहेत, तर विद्यमान C/C++ प्रकल्प पुन्हा काम करणे खूप आव्हानात्मक आहे, विशेषतः जर ते एम्बेडेड सिस्टम आणि IoT डिव्हाइसेस सारख्या संसाधन-प्रतिबंधित वातावरणासाठी असतील तर.

CHERIoT चे हार्डवेअर घटक RISC-V-आधारित मायक्रोकंट्रोलरने बनलेले आहेत जे सुरक्षित CHERI (कॅबिलिटी हार्डवेअर एक्सटेंशन टू RISC-V) प्रोसेसर आर्किटेक्चर लागू करते, जे क्षमता-आधारित, नियंत्रित मेमरी अॅक्सेस मॉडेल प्रदान करते (प्रत्येक मेमरी रीड आणि राइट ऑपरेशन अधिकृत आहे). CHERIoT इंस्ट्रक्शन सेट आर्किटेक्चर (ISA) चा वापर सॉफ्टवेअर मॉडेल तयार करण्यासाठी केला जातो जो ऑब्जेक्ट लेव्हलवर मेमरी सुरक्षिततेची हमी देतो, पूर्वी रिलीज झालेल्या मेमरी अॅक्सेस करण्यापासून संरक्षण करतो आणि हलक्या वजनाची मेमरी अॅक्सेस आयसोलेशन सिस्टम लागू करतो. हे सॉफ्टवेअर प्रोटेक्शन मॉडेल थेट C/C++ लँग्वेज मॉडेलशी मॅप केले आहे, ज्यामुळे ते विद्यमान अॅप्लिकेशन्सचे संरक्षण करण्यासाठी वापरले जाऊ शकते (CHERIoT ISA ला समर्थन देणाऱ्या हार्डवेअरवर फक्त रीकंपिलेशन आणि एक्झिक्युशन आवश्यक आहे).

प्रस्तावित उपाय मेमरी आउट-ऑफ-बाउंड्स एरर निर्माण करणाऱ्या एरर्सना ब्लॉक करतो, पॉइंटर सबस्टिट्यूशनला प्रतिबंधित करतो (सर्व पॉइंटर विद्यमान पॉइंटरमधून घेतले पाहिजेत), आणि फ्री केल्यानंतर मेमरी अॅक्सेसचे निरीक्षण करतो (अवैध पॉइंटर किंवा फ्रीड ऑब्जेक्टचा संदर्भ देणाऱ्या पॉइंटरद्वारे कोणताही मेमरी अॅक्सेस अपवादात परिणाम करतो). उदाहरणार्थ, CHERIoT वापरल्याने कोड बदलांची आवश्यकता न पडता अविश्वसनीय डेटा हाताळणाऱ्या घटकांमध्ये स्वयंचलित सीमा तपासणी, मेमरी लाइफटाइम मॉनिटरिंग आणि पॉइंटर इंटिग्रिटी अॅश्युरन्सची परवानगी मिळते.

या प्रकल्पात CHERIoT विस्तारित सूचना संच आर्किटेक्चर स्पेसिफिकेशन, CHERIoT ISA ला समर्थन देणाऱ्या 32-बिट RISC-V CPU चे संदर्भ अंमलबजावणी आणि एक सुधारित LLVM टूलचेन समाविष्ट आहे. Verilog मधील CPU प्रोटोटाइप स्कीमॅटिक्स आणि हार्डवेअर ब्लॉक वर्णने Apache 2.0 परवान्याअंतर्गत परवानाकृत आहेत. CPU lowRISC प्रकल्पातील Ibex कर्नलवर आधारित आहे. CHERIoT ISA कोड मॉडेल Sail भाषेत परिभाषित केले आहे आणि BSD परवान्याअंतर्गत परवानाकृत आहे.

याव्यतिरिक्त, CHERIoT RTOS रिअल-टाइम ऑपरेटिंग सिस्टमचा एक प्रोटोटाइप प्रस्तावित करण्यात आला आहे, जो 256 MB RAM असलेल्या एम्बेडेड सिस्टमवर देखील कंपार्टमेंटल आयसोलेशन सक्षम करतो. CHERIoT RTOS कोड C++ मध्ये लिहिलेला आहे आणि MIT परवान्याअंतर्गत वितरित केला जातो. बूटलोडर, शेड्यूलर आणि मेमरी अलोकेशन सिस्टम सारखे मूलभूत OS घटक कंपार्टमेंट म्हणून अंमलात आणले जातात.

CHERIoT RTOS मधील कंपार्टमेंट हा कोड आणि ग्लोबल व्हेरिएबल्सचा एक वेगळा संयोजन आहे, जो शेअर्ड लायब्ररीची आठवण करून देतो, परंतु शेअर्ड लायब्ररीच्या विपरीत, तो बदलण्यायोग्य आहे आणि वेगळ्या सुरक्षा संदर्भात चालतो. कोणताही बाह्य कोड कंपार्टमेंटमधील कोड किंवा अॅक्सेस ऑब्जेक्ट्सवर नियंत्रण हस्तांतरित करू शकत नाही, नियुक्त केलेल्या एंट्री पॉइंट्समधील अॅक्सेसद्वारे आणि दुसऱ्या कंपार्टमेंटला कॉल करताना स्पष्टपणे पास केलेल्या ऑब्जेक्ट्ससाठी पॉइंटर्स वापरून. कंपार्टमेंटमधील कोड आणि ग्लोबल ऑब्जेक्ट्ससाठी अखंडता आणि गोपनीयतेची हमी दिली जाते.

स्त्रोत: opennet.ru