O SIGSEGV falhas com o código 9 (SEGV_MTESERR) ou 8 (SEGV_MTEAERR) são falhas de inclusão de tag na memória. A Memory Tagging Extension (MTE) é uma Recurso Armv9 com suporte no Android 12 e versões mais recentes. A MTE é uma implementação de hardware de memória. Ele fornece proteção de memória refinada para detecção e mitigação de bugs de segurança da memória.
Em C/C++, um ponteiro retornado de uma chamada para Malloc(), operador new() ou funções semelhantes pode ser usada somente para acessar a memória dentro dos limites dessa alocação e somente enquanto alocação está ativa (não liberada ou excluída). A MTE é usada no Android para detectar violações de essa regra, referida nos relatórios de falhas como "Buffer Overflow"/"Buffer Underflow" e "Use After Free" problemas.
A MTE tem dois modos: síncrono (ou "sync") e assíncrono (ou "async"). O primeiro é mais lentamente, mas fornece diagnósticos mais precisos. O último é mais rápido, mas só pode dar com detalhes aproximados. Vamos abordar os dois separadamente, já que os diagnósticos são um pouco diferentes.
MTE no modo síncrono
No modo síncrono ("sincronização") da MTE, o SIGSEGV falha 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 erros da MTE contêm o despejo e o backtrace de registro usuais para o ponto em que o problema foi detectado. A "Causa:" linha de erro detectado pela MTE vai conter "[MTE]" como em o exemplo acima, além de mais detalhes. Nesse caso, o tipo específico de erro detectado foi um "Use after free" e "0 bytes em uma alocação de 32 bytes em 0x7ae92853a0" nos diz tamanho e endereço da alocação e o deslocamento da alocação que tentamos acessar.
Os relatórios de erros da MTE também incluem backtraces extras, não apenas o do ponto de detecção.
"Use After Free" erros adicionam "desalocado por" e "alocado por" no crash dump, mostrando os rastreamentos de pilha no momento em que esta memória foi desalocada (antes de ser usada!), e o no momento em que havia sido alocado. Elas também informam qual encadeamento alocação/desalocação. As três linhas de execução de detecção, alocação e desalocação são os mesmos neste exemplo simples, mas, em casos reais mais complexos, isso não é necessariamente verdadeira, e saber que elas são diferentes pode ser uma pista importante para encontrar relacionado à simultaneidade.
Buffer Overflow e "Buffer Underflow" fornecem apenas um erro "alocado por" já que, por definição, eles ainda não foram desalocados (ou apareceram como um "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 "right" aqui: isso significa que estamos dizendo quantos bytes após o final da alocação era o acesso incorreto; um subfluxo diria "esquerda", e seria um número de bytes antes do início da alocação.
Várias causas possíveis
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 há várias boas opções de origem do erro e não podemos dizer que é a causa real. Imprimimos até três dessas pessoas em uma ordem aproximada de probabilidade, e deixar 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 foram o alvo pretendido do acesso inválido à memória. Isso pode acontecer quando as alocações reutilizam memória livre: por exemplo, se você tem uma sequência como novo, sem custo financeiro, novo, sem custo financeiro, novo, livre, acesso. A alocação mais recente é exibida primeiro.
Heurística de determinação da causa detalhada
A "Causa" de uma falha mostra a alocação de memória da qual o ponteiro acessado foi originalmente derivado. Infelizmente, o hardware da MTE não tem como converter um ponteiro com uma tag incompatível em uma alocação. Para explicar uma falha de SEGV_MTESERR, o Android analisa os seguintes dados:
- O endereço de falha (incluindo a tag do ponteiro).
- Uma lista de alocações de heap recentes com stack traces e tags de memória.
- Alocações atuais (ativas) próximas e tags de memória delas.
Toda memória recentemente desalocada no endereço de falha em que a tag de memória corresponde à tag de endereço de falha pode ser "Use após a liberação" causa.
Qualquer memória ativa próxima em que a tag de memória corresponde à tag de endereço de falha é um possível "Buffer Overflow" (ou "Buffer Underflow").
As alocações mais próximas da falha, seja no tempo ou no espaço, são consideradas mais prováveis do que as que estão distantes.
Como a memória desalocada costuma ser reutilizada e o número de valores de tag diferentes é pequeno (menos de 16), não é incomum encontrar vários candidatos prováveis, e não há como encontrar automaticamente a verdadeira causa. É por isso que às vezes os relatórios da MTE listam várias causas possíveis.
Recomendamos que o desenvolvedor analise as possíveis causas, começando pela mais provável. Muitas vezes, é fácil filtrar causas não relacionadas com base no stack trace.
MTE no modo assíncrono
No modo assíncrono ("assíncrono"), o SIGSEGV falha com o código 8 (SEGV_MTEAERR).
As falhas SEGV_MTEAERR não ocorrem imediatamente quando um programa realiza um acesso inválido à memória. O problema é detectado logo após o evento, e o programa é encerrado. Esse ponto normalmente é a próxima chamada do sistema, mas também pode ser uma interrupção do timer (ou seja, qualquer transição do espaço do usuário para o kernel).
As falhas SEGV_MTEAERR não preservam o endereço da memória (ele é sempre exibido como "-------"). O backtrace corresponde ao momento em que a condição foi detectada, ou seja, na próxima chamada do sistema ou em outra troca de contexto, e não quando o acesso inválido foi realizado.
Isso significa que o "principal" o backtrace em uma falha assíncrona da MTE geralmente não é relevante Assim, as falhas no modo assíncrono são muito mais difíceis de depurar do que as falhas no modo de sincronização. Eles são mais bem entendidos como uma exibição da existência de um bug de memória no código próximo na linha de execução especificada. Os registros na parte inferior do arquivo tombstone podem dar uma dica sobre o que realmente aconteceu. Caso contrário, a providência recomendada é reproduzir o erro no modo de sincronização e usar os melhores diagnósticos que esse modo oferece.
Temas avançados
Internamente, a inclusão de tags na memória atribui um valor aleatório de tag de 4 bits (0..15) a cada alocação de heap. Esse valor é armazenado em uma região de metadados especial que corresponde à memória de heap alocada. O mesmo valor é atribuído ao byte mais significativo do ponteiro de heap retornado de funções como otimizaçãod() ou operador new().
Quando a verificação de tags é ativada no processo, a CPU compara automaticamente o byte superior do ponteiro com a tag de memória para cada acesso à memória. Se as tags não corresponderem, a CPU vai sinalizar um erro que vai causar uma falha.
Devido ao número limitado de valores de tag possíveis, essa abordagem é probabilística. Qualquer local da memória que não deva ser acessado com um determinado ponteiro, por exemplo, fora dos limites ou após a desalocação ("ponteiro oscilante"), provavelmente terá um valor de tag diferente e causará uma falha. Há cerca de 7% de chance de não detectar uma única ocorrência de um bug. Como os valores das tags são atribuídos aleatoriamente, há cerca de 93% de chance independente de detectar o bug na próxima vez que ele acontecer.
Os valores da tag podem ser vistos no campo do endereço de falha e no despejo de registro, conforme destacado abaixo. Esta seção pode ser usada para verificar se as tags estão definidas de maneira coerente, bem como para ver outras alocações de memória próximas com o mesmo valor de tag, já que podem ser possíveis causas do erro além das listadas no relatório. Esperamos que isso seja útil principalmente para as pessoas que trabalham na implementação da MTE ou de outros componentes de sistema de baixo nível, e não para os 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 tag de memória especial também aparece no relatório de erros, que mostra tags de memória ao redor do endereço de falha. No exemplo abaixo, a tag de ponteiro "4" não corresponde à 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 Tombstone que mostram conteúdo de memória em todos os valores de registro também exibem os 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 ..'.}...........