Kernel Address Sanitizer

Ähnlich wie die LLVM-basierten Sanitizer für Nutzerbereichskomponenten enthält Android den Kernel Address Sanitizer (KASan). KASan ist eine Kombination aus Kernel- und Kompilierungszeit-Änderungen, die zu einem instrumentierten System führen, das eine einfachere Fehlererkennung und Ursachenanalyse ermöglicht.

KASan kann viele Arten von Speicherverstößen im Kernel erkennen. Außerdem kann er nicht befugte Lese- und Schreibvorgänge im Stack, Heap und in globalen Variablen sowie „Use-after-Free“- und „Double-Free“-Fehler erkennen.

Ähnlich wie ASan verwendet KASan eine Kombination aus Speicherfunktionsinstrumentierung zur Kompilierungszeit und Schattenspeicher, um Speicherzugriffe zur Laufzeit zu erfassen. Bei KASan ist ein Achtel des Kernel-Speicherplatzes dem Schattenspeicher zugewiesen, der festlegt, ob ein Speicherzugriff gültig ist oder nicht.

KASan wird auf x86_64- und arm64-Architekturen unterstützt. Sie ist seit Version 4.0 Teil des Upstream-Kernels und wurde auf Android 3.18-basierte Kernel zurückportiert.

Neben KASan ist kcov eine weitere Kernel-Modifikation, die sich für Tests eignet. kcov wurde entwickelt, um laufzeitgestützte Fuzz-Tests im Kernel zu ermöglichen. Sie misst die Abdeckung in Bezug auf Systemaufrufe und ist für Fuzzing-Systeme wie syzkaller nützlich.

Implementierung

Wenn Sie einen Kernel mit aktivierten KASan- und kcov-Funktionen kompilieren möchten, fügen Sie Ihrer Kernel-Build-Konfiguration die folgenden Build-Flags hinzu:

CONFIG_KASAN
CONFIG_KASAN_INLINE
CONFIG_TEST_KASAN
CONFIG_KCOV
CONFIG_SLUB
CONFIG_SLUB_DEBUG
CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE

Außerdem werden die folgenden Elemente entfernt:

CONFIG_SLUB_DEBUG_ON
CONFIG_SLUB_DEBUG_PANIC_ON
CONFIG_KASAN_OUTLINE
CONFIG_KERNEL_LZ4

Erstellen und flashen Sie dann den Kernel wie gewohnt. Der KASan-Kernel ist deutlich größer als das Original. Ändern Sie bei Bedarf die Bootparameter und Bootloader-Einstellungen entsprechend.

Prüfen Sie nach dem Flashen des Kernels in den Kernel-Boot-Logs, ob KASan aktiviert und ausgeführt wird. Der Kernel wird mit Informationen zur Speicherzuordnung für KASan gestartet, z. B.:

...
[    0.000000] c0      0 Virtual kernel memory layout:
[    0.000000] c0      0     kasan   : 0xffffff8000000000 - 0xffffff9000000000   (    64 GB)
[    0.000000] c0      0     vmalloc : 0xffffff9000010000 - 0xffffffbdbfff0000   (   182 GB)
[    0.000000] c0      0     vmemmap : 0xffffffbdc0000000 - 0xffffffbfc0000000   (     8 GB maximum)
[    0.000000] c0      0               0xffffffbdc0000000 - 0xffffffbdc3f95400   (    63 MB actual)
[    0.000000] c0      0     PCI I/O : 0xffffffbffa000000 - 0xffffffbffb000000   (    16 MB)
[    0.000000] c0      0     fixed   : 0xffffffbffbdfd000 - 0xffffffbffbdff000   (     8 KB)
[    0.000000] c0      0     modules : 0xffffffbffc000000 - 0xffffffc000000000   (    64 MB)
[    0.000000] c0      0     memory  : 0xffffffc000000000 - 0xffffffc0fe550000   (  4069 MB)
[    0.000000] c0      0       .init : 0xffffffc001d33000 - 0xffffffc001dce000   (   620 KB)
[    0.000000] c0      0       .text : 0xffffffc000080000 - 0xffffffc001d32284   ( 29385 KB)
...

So sieht ein Fehler aus:

[   18.539668] c3      1 ==================================================================
[   18.547662] c3      1 BUG: KASAN: null-ptr-deref on address 0000000000000008
[   18.554689] c3      1 Read of size 8 by task swapper/0/1
[   18.559988] c3      1 CPU: 3 PID: 1 Comm: swapper/0 Tainted: G        W      3.18.24-xxx #1
[   18.569275] c3      1 Hardware name: Android Device
[   18.577433] c3      1 Call trace:
[   18.580739] c3      1 [<ffffffc00008b32c>] dump_backtrace+0x0/0x2c4
[   18.586985] c3      1 [<ffffffc00008b600>] show_stack+0x10/0x1c
[   18.592889] c3      1 [<ffffffc001481194>] dump_stack+0x74/0xc8
[   18.598792] c3      1 [<ffffffc000202ee0>] kasan_report+0x11c/0x4d0
[   18.605038] c3      1 [<ffffffc00020286c>] __asan_load8+0x20/0x80
[   18.611115] c3      1 [<ffffffc000bdefe8>] android_verity_ctr+0x8cc/0x1024
[   18.617976] c3      1 [<ffffffc000bcaa2c>] dm_table_add_target+0x3dc/0x50c
[   18.624832] c3      1 [<ffffffc001bdbe60>] dm_run_setup+0x50c/0x678
[   18.631082] c3      1 [<ffffffc001bda8c0>] prepare_namespace+0x44/0x1ac
[   18.637676] c3      1 [<ffffffc001bda170>] kernel_init_freeable+0x328/0x364
[   18.644625] c3      1 [<ffffffc001478e20>] kernel_init+0x10/0xd8
[   18.650613] c3      1 ==================================================================

Wenn Module in Ihrem Kernel aktiviert sind, können Sie außerdem das Kernelmodul „test_kasan“ für weitere Tests laden. Das Modul versucht, Speicherzugriffe außerhalb des Gültigkeitsbereichs und „Use-after-Free“-Fehler zu provozieren. Es ist nützlich, um sicherzustellen, dass KASan auf einem Zielgerät richtig aktiviert wurde.