Linux - 内核 - 安全机制 - 内存页表安全
说明
- 内核页表安全的最终目标是:将内核使用到的内存页(内核与module占用)的属性(读/写/可执行)配置成安全的,即:代码段和rodata段只读,非代码段不能执行等,用来防御堆栈执行和代码段被修改的攻击。
内核页表安全
相关选项
CONFIG_DEBUG_KERNEL=y (4.11版本之前)
CONFIG_DEBUG_RODATA=y (4.11版本)
CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX=y (4.11至最新版本)
- 开启该选项后,内核的text段和rodata段内存将会变成只读,并且非代码段的内存将会变成不可执行。
影响
- kernel code, init等占用的预留内存会变大。
- 开启配置后,编译使用的链接脚本中会对kernel的代码段等内存做size对齐操作(默认2MB对齐),预留内存占用会多3~4MB,如下:
* 开启配置,启动log (kernel code,init大小2M对齐)
Memory: 32360K/131072K available (4096K kernel code, 277K rwdata, 1240K rodata, 2048K init, 139K bss, 98712K reserved, 0K cma-reserved)
* 未开启配置,启动log
Memory: 35788K/131072K available (3122K kernel code, 282K rwdata, 1304K rodata, 144K init, 140K bss, 95284K reserved, 0K cma-reserved)
- 链接脚本
file: arch/arm/include/asm/pgtable-2level.h:
#define SECTION_SHIFT 20
...file: arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S
...
#ifdef CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX. = ALIGN(1<<SECTION_SHIFT);
#else. = ALIGN(PAGE_SIZE);
#endif
...
- 阻止使用gdb调试软件断点,jtag硬件断点可用,blog 说明。
module页表安全
相关选项
CONFIG_STRICT_MODULE_RWX
- 作用和CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX一样,只是作用对象变成了module。
实现原理
- 初始化 rodata_enabled值,开启配置后,默认为true。
//file: init/main.c
...
#if defined(CONFIG_STRICT_KERNEL_RWX) || defined(CONFIG_STRICT_MODULE_RWX)
bool rodata_enabled __ro_after_init = true;
static int __init set_debug_rodata(char *str)
{return strtobool(str, &rodata_enabled);
}
__setup("rodata=", set_debug_rodata);
#endif
...
- mmap
//file: arch/arm64/mm/mmu.c
static void __init map_kernel(pgd_t *pgdp)
{static struct vm_struct vmlinux_text, vmlinux_rodata, vmlinux_inittext,vmlinux_initdata, vmlinux_data;/** External debuggers may need to write directly to the text* mapping to install SW breakpoints. Allow this (only) when* explicitly requested with rodata=off.*/pgprot_t text_prot = rodata_enabled ? PAGE_KERNEL_ROX : PAGE_KERNEL_EXEC;/** If we have a CPU that supports BTI and a kernel built for* BTI then mark the kernel executable text as guarded pages* now so we don't have to rewrite the page tables later.*/if (arm64_early_this_cpu_has_bti())text_prot = __pgprot_modify(text_prot, PTE_GP, PTE_GP);/** Only rodata will be remapped with different permissions later on,* all other segments are allowed to use contiguous mappings.*/map_kernel_segment(pgdp, _text, _etext, text_prot, &vmlinux_text, 0,VM_NO_GUARD);.....
}
现状
- 未开启相关配置的Linux内核,内存页权限没做什么限制。
- 以上选项对于较新的CPU架构和kernel版本,已经是默认开启,Linux内核中会根据ARCH(CPU架构)来确定是否默认支持,如下:
//file: arch/Kconfig
config ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWXdef_bool nconfig ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWX_DEFAULTdef_bool nconfig ARCH_HAS_STRICT_KERNEL_RWXdef_bool nconfig STRICT_KERNEL_RWXbool "Make kernel text and rodata read-only" if ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWXdepends on ARCH_HAS_STRICT_KERNEL_RWXdefault !ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWX || ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWX_DEFAULT...//file: arch/riscv/Kconfig // riscv架构cpu配置
config RISCVdef_bool y...select ARCH_HAS_STRICT_KERNEL_RWX if MMU...select ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWX if ARCH_HAS_STRICT_KERNEL_RWXselect ARCH_OPTIONAL_KERNEL_RWX_DEFAULT
- 也可以手动对以上选项进行配置,如下:
General architecture-dependent options --->[*] Make kernel text and rodata read-only (NEW)[*] Set loadable kernel module data as NX and text as RO (NEW)
- 对于服务器产品是默认开启选项,但是在封闭的小型嵌入式设备上的Linux时常会选择不开启该配置,来节省内存。
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