核心 Address Sanitizer

與以 LLVM 為基礎的使用者空間元件消毒工具相似,Android 也包含 Kernel Address Sanitizer (KASan)。KASan 結合了核心和編譯時間修改項目,產生可檢測錯誤和進行根本原因分析的檢測系統。

KASan 可偵測核心中的多種記憶體違規情形。它還可偵測堆疊、堆積和全域變數的超出邊界讀取和寫入作業,並可偵測釋放後使用和雙重釋放。

與 ASan 類似,KASan 會在編譯時結合記憶體函式檢測功能和影子記憶體,以便在執行階段追蹤記憶體存取作業。在 KASan 中,核心記憶體空間的八分之一專用於陰影記憶體,用於判斷記憶體存取是否有效。

x86_64 和 arm64 架構支援 KASan。自 4.0 以來,它一直是上游核心的一部分,並已向後移植至以 Android 3.18 為基礎的核心。

除了 KASan,kcov 也是另一個可用於測試的核心修改項目。kcov 的開發目的是在核心中進行涵蓋率導向的模糊測試。它會根據系統呼叫輸入內容來評估涵蓋率,並可與 syzkaller 等模糊測試系統搭配使用。

實作

如要編譯啟用 KASan 和 kcov 的核心,請在核心建構設定中新增下列建構標記:

CONFIG_KASAN
CONFIG_KASAN_INLINE
CONFIG_TEST_KASAN
CONFIG_KCOV
CONFIG_SLUB
CONFIG_SLUB_DEBUG
CONFIG_CC_OPTIMIZE_FOR_SIZE

並移除下列項目:

CONFIG_SLUB_DEBUG_ON
CONFIG_SLUB_DEBUG_PANIC_ON
CONFIG_KASAN_OUTLINE
CONFIG_KERNEL_LZ4

然後照常建構及閃過核心。KASan 核心比原始核心大得多。如有需要,請修改任何啟動參數和啟動載入器設定,以便考量這項因素。

閃燈更新核心後,請檢查核心啟動記錄,查看是否已啟用並執行 KASan。核心會啟動 KASan 的記憶體對應資訊,例如:

...
[    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)
...

以下是錯誤的樣子:

[   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 ==================================================================

此外,如果在核心中啟用模組,您可以載入 test_kasan 核心模組以進行進一步測試。此模組會嘗試超出邊界記憶體存取和釋放後使用,有助於確保您在目標裝置上正確啟用 KASan。