As falhas do SIGSEGV com código 9 (SEGV_MTESERR) ou código 8 (SEGV_MTEAERR) são falhas de marcação de memória. Memory Tagging Extension (MTE) é um recurso Armv9 compatível com Android 12 e versões posteriores. MTE é uma implementação de hardware de memória marcada. Ele fornece proteção de memória granular para detecção e mitigação de bugs de segurança de memória .
Em C/C++, um ponteiro retornado de uma chamada para malloc() ou operador new() ou funções semelhantes só pode ser usado para acessar a memória dentro dos limites dessa alocação, e somente enquanto a alocação estiver ativa (não liberada ou excluído). O MTE é usado no Android para detectar violações desta regra, referidas nos relatórios de falhas como problemas de "Buffer Overflow"/"Buffer Underflow" e "Use After Free".
O MTE possui dois modos: síncrono (ou "sincronizado") e assíncrono (ou "assíncrono"). O primeiro funciona mais lentamente, mas fornece diagnósticos mais precisos. Este último é executado mais rápido, mas só pode fornecer detalhes aproximados. Abordaremos ambos separadamente, pois os diagnósticos são um pouco diferentes.
Modo síncrono MTE
No modo síncrono ("sync") do MTE, o SIGSEGV trava com o código 9 (SEGV_MTESERR).
pid: 13935, tid: 13935, name: sanitizer-statu >>> sanitizer-status <<< uid: 0 tagged_addr_ctrl: 000000000007fff3 signal 11 (SIGSEGV), code 9 (SEGV_MTESERR), fault addr 0x800007ae92853a0 Cause: [MTE]: Use After Free, 0 bytes into a 32-byte allocation at 0x7ae92853a0 x0 0000007cd94227cc x1 0000007cd94227cc x2 ffffffffffffffd0 x3 0000007fe81919c0 x4 0000007fe8191a10 x5 0000000000000004 x6 0000005400000051 x7 0000008700000021 x8 0800007ae92853a0 x9 0000000000000000 x10 0000007ae9285000 x11 0000000000000030 x12 000000000000000d x13 0000007cd941c858 x14 0000000000000054 x15 0000000000000000 x16 0000007cd940c0c8 x17 0000007cd93a1030 x18 0000007cdcac6000 x19 0000007fe8191c78 x20 0000005800eee5c4 x21 0000007fe8191c90 x22 0000000000000002 x23 0000000000000000 x24 0000000000000000 x25 0000000000000000 x26 0000000000000000 x27 0000000000000000 x28 0000000000000000 x29 0000007fe8191b70 lr 0000005800eee0bc sp 0000007fe8191b60 pc 0000005800eee0c0 pst 0000000060001000 backtrace: #00 pc 00000000000010c0 /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+40) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) #01 pc 00000000000014a4 /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) #02 pc 00000000000019cc /system/bin/sanitizer-status (main+1032) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) #03 pc 00000000000487d8 /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (__libc_init+96) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) deallocated by thread 13935: #00 pc 000000000004643c /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::quarantineOrDeallocateChunk(scudo::Options, void*, scudo::Chunk::UnpackedHeader*, unsigned long)+688) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) #01 pc 00000000000421e4 /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::deallocate(void*, scudo::Chunk::Origin, unsigned long, unsigned long)+212) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) #02 pc 00000000000010b8 /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+32) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) #03 pc 00000000000014a4 /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) allocated by thread 13935: #00 pc 0000000000042020 /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo::Allocator<scudo::AndroidConfig, &(scudo_malloc_postinit)>::allocate(unsigned long, scudo::Chunk::Origin, unsigned long, bool)+1300) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) #01 pc 0000000000042394 /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (scudo_malloc+36) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) #02 pc 000000000003cc9c /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (malloc+36) (BuildId: 6ab39e35a2fae7efbe9a04e9bbb14331) #03 pc 00000000000010ac /system/bin/sanitizer-status (test_crash_malloc_uaf()+20) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30) #04 pc 00000000000014a4 /system/bin/sanitizer-status (test(void (*)())+132) (BuildId: 953fc93301472d0b72709b2b9a9f6f30)
Todos os relatórios de travamento do MTE contêm o despejo de registro usual e o backtrace do ponto onde o problema foi detectado. A linha "Causa:" para um erro detectado pelo MTE conterá "[MTE]" como no exemplo acima, juntamente com mais detalhes. Nesse caso, o tipo específico de erro detectado foi "Usar após liberação", e "0 bytes em uma alocação de 32 bytes em 0x7ae92853a0" nos informa o tamanho e o endereço da alocação, e o deslocamento na alocação que nós tentei acessar.
Os relatórios de falhas do MTE também incluem backtraces extras, não apenas aqueles do ponto de detecção.
Erros "Use After Free" adicionam seções "deallocated by" e "allocated by" ao crash dump, mostrando os rastreamentos de pilha no momento em que essa memória foi desalocada (antes de ser usada!) e o tempo em que foi alocada anteriormente. Eles também informam qual thread fez a alocação/desalocação. Todos os três threads de detecção, thread de alocação e thread de desalocação são iguais neste exemplo simples, mas em casos mais complexos do mundo real isso não é necessariamente verdade, e saber que eles diferem pode ser uma pista importante para encontrar uma simultaneidade bug relacionado.
Os erros "Buffer Overflow" e "Buffer Underflow" fornecem apenas um stack track adicional "alocado por", pois, por definição, eles ainda não foram desalocados (ou apareceriam como "Use After Free"):
Cause: [MTE]: Buffer Overflow, 0 bytes right of a 32-byte allocation at 0x7ae92853a0 [...] backtrace: [...] allocated by thread 13949:
Observe o uso da palavra "certo" aqui: isso significa que estamos informando quantos bytes após o final da alocação ocorreu o acesso incorreto; um underflow diria "esquerda" e seria um número de bytes antes do início da alocação.
Múltiplas causas potenciais
Às vezes, os relatórios SEGV_MTESERR contêm a seguinte linha:
Note: multiple potential causes for this crash were detected, listing them in decreasing order of likelihood.
Isso acontece quando existem vários bons candidatos para a origem do erro e não podemos dizer qual é a causa real. Imprimimos até 3 desses candidatos em ordem aproximada de probabilidade e deixamos a análise para o usuário.
signal 11 (SIGSEGV), code 9 (SEGV_MTESERR), fault addr 0x400007b43063db5
backtrace:
[stack...]
Note: multiple potential causes for this crash were detected, listing them in decreasing order of probability.
Cause: [MTE]: Use After Free, 5 bytes into a 10-byte allocation at 0x7b43063db0
deallocated by thread 6663:
[stack...]
allocated by thread 6663:
[stack...]
Cause: [MTE]: Use After Free, 5 bytes into a 6-byte allocation at 0x7b43063db0
deallocated by thread 6663:
[stack...]
allocated by thread 6663:
[stack...]No exemplo acima, detectamos duas alocações recentes no mesmo endereço de memória que poderiam ter sido o alvo pretendido do acesso à memória inválido. Isso pode acontecer quando as alocações reutilizam memória livre - por exemplo, se você tiver a sequência como novo, livre, novo, livre, novo, livre, acesso. A alocação mais recente é impressa primeiro.
Heurística detalhada de determinação de causa
A "Causa" de uma falha deve mostrar a alocação de memória da qual o ponteiro acessado foi originalmente derivado. Infelizmente, o hardware MTE não tem como traduzir de um ponteiro com uma tag incompatível para uma alocação. Para explicar uma falha do SEGV_MTESERR, o Android analisa os seguintes dados:
- O endereço da falha (incluindo a etiqueta do ponteiro).
- Uma lista de alocações de heap recentes com rastreamentos de pilha e tags de memória.
- Alocações atuais (ativas) próximas e suas tags de memória.
Qualquer memória desalocada recentemente no endereço de falha onde o tag de memória corresponde ao tag de endereço de falha é uma causa potencial de "Use After Free".
Qualquer memória ativa próxima onde a etiqueta de memória corresponda à etiqueta de endereço de falha é uma causa potencial de "Buffer Overflow" (ou "Buffer Underflow").
As alocações que estão mais próximas da falha – seja no tempo ou no espaço – são consideradas mais prováveis do que aquelas que estão distantes.
Como a memória desalocada é frequentemente reutilizada e o número de valores de tags diferentes é pequeno (menos de 16), não é incomum encontrar vários candidatos prováveis e não há como encontrar automaticamente a verdadeira causa. Esta é a razão pela qual às vezes os relatórios MTE listam múltiplas causas potenciais.
Recomenda-se que o desenvolvedor do aplicativo analise as causas potenciais, começando pela mais provável. Muitas vezes é fácil filtrar causas não relacionadas com base no rastreamento de pilha.
Modo assíncrono MTE
No modo assíncrono ("assíncrono") do MTE, o SIGSEGV trava com o código 8 (SEGV_MTEAERR).
As falhas SEGV_MTEAERR não acontecem imediatamente quando um programa realiza um acesso inválido à memória. O problema é detectado logo após o evento e o programa é encerrado nesse ponto. Este ponto normalmente é a próxima chamada do sistema, mas também pode ser uma interrupção do temporizador - em resumo, qualquer transição do espaço do usuário para o kernel.
Falhas SEGV_MTEAERR não preservam o endereço de memória (é sempre mostrado como "-------"). O backtrace corresponde ao momento em que a condição foi detectada (ou seja, na próxima chamada de sistema ou outra troca de contexto), e não quando o acesso inválido foi realizado.
Isso significa que o backtrace "principal" em uma falha assíncrona do MTE geralmente não é relevante . As falhas no modo assíncrono são, portanto, muito mais difíceis de depurar do que as falhas no modo de sincronização. Eles são melhor entendidos como mostrando a existência de um bug de memória no código próximo de um determinado thread. Os registros na parte inferior do arquivo de exclusão podem fornecer uma dica do que realmente aconteceu. Caso contrário, a ação recomendada é reproduzir o erro no modo de sincronização e usar os melhores diagnósticos que o modo de sincronização oferece!
Tópicos avançados
Nos bastidores, a marcação de memória funciona atribuindo um valor de tag aleatório de 4 bits (0 a 15) a cada alocação de heap. Esse valor é armazenado em uma região de metadados especial que corresponde à memória heap alocada. O mesmo valor é atribuído ao byte mais significativo do ponteiro heap retornado de funções como malloc() ou operador new().
Quando a verificação de tag está habilitada no processo, a CPU compara automaticamente o byte superior do ponteiro com o tag de memória para cada acesso à memória. Se as tags não corresponderem, a CPU sinaliza um erro que leva a uma falha.
Devido ao número limitado de valores de tag possíveis, esta abordagem é probabilística. Qualquer local de memória que não deva ser acessado com um determinado ponteiro - como fora dos limites ou após a desalocação ("ponteiro pendente") - provavelmente terá um valor de tag diferente e causará uma falha. Há cerca de 7% de chance de não detectar nenhuma ocorrência de bug. Como os valores das tags são atribuídos aleatoriamente, há uma chance independente de aproximadamente 93% de detectar o bug na próxima vez que ele acontecer.
Os valores do tag podem ser visualizados no campo de endereço de falha e também no dump do registrador, conforme destacado abaixo. Esta seção pode ser usada para verificar se as tags estão definidas de maneira sensata, bem como para ver outras alocações de memória próximas com o mesmo valor de tag, pois podem ser causas potenciais do erro além das listadas no relatório. Esperamos que isso seja útil principalmente para as pessoas que trabalham na implementação do próprio MTE ou de outros componentes de sistema de baixo nível, e não para desenvolvedores.
signal 11 (SIGSEGV), code 9 (SEGV_MTESERR), fault addr 0x0800007ae92853a0 Cause: [MTE]: Use After Free, 0 bytes into a 32-byte allocation at 0x7ae92853a0 x0 0000007cd94227cc x1 0000007cd94227cc x2 ffffffffffffffd0 x3 0000007fe81919c0 x4 0000007fe8191a10 x5 0000000000000004 x6 0000005400000051 x7 0000008700000021 x8 0800007ae92853a0 x9 0000000000000000 x10 0000007ae9285000 x11 0000000000000030 x12 000000000000000d x13 0000007cd941c858 x14 0000000000000054 x15 0000000000000000 x16 0000007cd940c0c8 x17 0000007cd93a1030 x18 0000007cdcac6000 x19 0000007fe8191c78 x20 0000005800eee5c4 x21 0000007fe8191c90 x22 0000000000000002 x23 0000000000000000 x24 0000000000000000 x25 0000000000000000 x26 0000000000000000 x27 0000000000000000 x28 0000000000000000 x29 0000007fe8191b70 lr 0000005800eee0bc sp 0000007fe8191b60 pc 0000005800eee0c0 pst 0000000060001000
Uma seção especial "Tags de memória" também aparece no relatório de falha que mostra tags de memória ao redor do endereço da falha. No exemplo abaixo, o tag ponteiro “4” não correspondia ao tag de memória “a”.
Memory tags around the fault address (0x0400007b43063db5), one tag per 16 bytes: 0x7b43063500: 0 f 0 2 0 f 0 a 0 7 0 8 0 7 0 e 0x7b43063600: 0 9 0 8 0 5 0 e 0 f 0 c 0 f 0 4 0x7b43063700: 0 b 0 c 0 b 0 2 0 1 0 4 0 7 0 8 0x7b43063800: 0 b 0 c 0 3 0 a 0 3 0 6 0 b 0 a 0x7b43063900: 0 3 0 4 0 f 0 c 0 3 0 e 0 0 0 c 0x7b43063a00: 0 3 0 2 0 1 0 8 0 9 0 4 0 3 0 4 0x7b43063b00: 0 5 0 2 0 5 0 a 0 d 0 6 0 d 0 2 0x7b43063c00: 0 3 0 e 0 f 0 a 0 0 0 0 0 0 0 4 =>0x7b43063d00: 0 0 0 a 0 0 0 e 0 d 0 [a] 0 f 0 e 0x7b43063e00: 0 7 0 c 0 9 0 a 0 d 0 2 0 0 0 c 0x7b43063f00: 0 0 0 6 0 b 0 8 0 3 0 0 0 5 0 e 0x7b43064000: 0 d 0 2 0 7 0 a 0 7 0 a 0 d 0 8 0x7b43064100: 0 b 0 2 0 b 0 4 0 1 0 6 0 d 0 4 0x7b43064200: 0 1 0 6 0 f 0 2 0 f 0 6 0 5 0 c 0x7b43064300: 0 1 0 4 0 d 0 6 0 f 0 e 0 1 0 8 0x7b43064400: 0 f 0 4 0 3 0 2 0 1 0 2 0 5 0 6
As seções de uma marca para exclusão que mostram o conteúdo da memória em torno de todos os valores de registro também exibem seus valores de tag.
memory near x10 ([anon:scudo:primary]): 0000007b4304a000 7e82000000008101 000003e9ce8b53a0 .......~.S...... 0700007b4304a010 0000200000006001 0000000000000000 .`... .......... 0000007b4304a020 7c03000000010101 000003e97c61071e .......|..a|.... 0200007b4304a030 0c00007b4304a270 0000007ddc4fedf8 p..C{.....O.}... 0000007b4304a040 84e6000000008101 000003e906f7a9da ................ 0300007b4304a050 ffffffff00000042 0000000000000000 B............... 0000007b4304a060 8667000000010101 000003e9ea858f9e ......g......... 0400007b4304a070 0000000100000001 0000000200000002 ................ 0000007b4304a080 f5f8000000010101 000003e98a13108b ................ 0300007b4304a090 0000007dd327c420 0600007b4304a2b0 .'.}......C{... 0000007b4304a0a0 88ca000000010101 000003e93e5e5ac5 .........Z^>.... 0a00007b4304a0b0 0000007dcc4bc500 0300007b7304cb10 ..K.}......s{... 0000007b4304a0c0 0f9c000000010101 000003e9e1602280 ........."`..... 0900007b4304a0d0 0000007dd327c780 0700007b7304e2d0 ..'.}......s{... 0000007b4304a0e0 0d1d000000008101 000003e906083603 .........6...... 0a00007b4304a0f0 0000007dd327c3b8 0000000000000000 ..'.}...........