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linux - 为什么非图片代码不能完全使用运行时修复程序进行ASLR?

转载 作者:行者123 更新时间:2023-12-03 09:55:44 25 4
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我知道PIC代码可以使ASLR随机化更加有效和容易,因为该代码可以放置在内存中的任何位置而无需更改代码。但是,如果我根据Wikipedia理解正确,那么relocation动态链接程序可以在运行时进行“修正”,因此可以定位符号,尽管代码与位置无关。但是根据许多答案,我看到这里非图片代码不能ASLR部分(堆栈除外)(因此不能使程序入口点随机化)。如果这是正确的,那么什么是运行时修补程序?为什么我们不能在程序开始运行之前就在程序运行时对代码中的所有位置进行修补,以使程序入口点随机化。

最佳答案

TL:DR:并非所有对绝对地址的使用都会在非PIE可执行文件(ELF类型EXEC,而非DYN)中具有重定位信息。 因此,内核的程序加载器无法全部找到它们来应用修复程序。
因此,无法为非PIE构建的可执行文件追溯启用ASLR。传统的可执行文件无法将自己标记为每次使用绝对地址都具有重定位元数据,也没有必要添加这种功能,因为如果您要使用文本ASLR,则只需构建一个PIE。
由于保证ELF型EXEC Linux可执行文件在链接时由链接器选择的固定基地址加载/映射,因此在可执行文件中为内部符号建立符号表条目将浪费空间。因此,工具链没有做到这一点,也没有理由开始。这就是传统ELF可执行文件的设计方式。在堆栈ASLR成为现实之前,Linux在90年代中期从a.out转换为ELF,因此它并没有受到人们的关注。
例如static char buf[100]的绝对地址可能嵌入在使用它的机器代码中的某个位置(如果我们正在谈论将地址存储在寄存器中的32位代码或64位代码),但是无法知道在哪里或多少次。
同样,对于x86-64,非PIE可执行文件的默认代码模型可确保静态地址(文本/数据/bss)全部位于虚拟地址空间的低2GiB中,因此32位绝对有符号或无符号地址可以工作,并且rel32位移可以从任何事物中获取任何东西。这就是非PIE编译器输出使用mov $symbol, %edi(5字节)而不是lea symbol(%rip), %rdi(7字节)将地址放入寄存器的原因。 https://godbolt.org/z/89PeK1
因此,即使您确实知道每个绝对地址在哪里,也只能在低2GiB中对它进行ASLR,从而限制了您可以引入的熵位数。 (我认为Windows为此提供了一种模式:LargeAddressAware = no。但是Linux没有。32-bit absolute addresses no longer allowed in x86-64 Linux?再次,PIE是允许文本ASLR的更好方法,因此人们(发行人)只要愿意,就可以对其进行编译。)
与Windows不同,Linux不会花费大量精力通过重新编译源代码中的二进制文件来更好地处理这些问题。
话虽这么说,GNU/Linux甚至在PIC/PIE ELF共享对象中也支持64位绝对地址的修正重定位。这就是为什么像NASM mov rdi, BUFFER这样的初学者代码甚至可以在共享库中工作的原因:使用objdump -drwC -Mintelmov reg, imm64指令中查看有关符号使用的重定位信息。如果lea rdi, [rel BUFFER]不是全局符号,则BUFFER不需要任何重定位条目。 (相当于C static。)

您可能想知道元数据为何必不可少:
没有可靠的方法来搜索文本/数据以查找可能的绝对地址。误报可能是。例如/usr/bin/ld可能包含0x401000作为x86-64可执行文件的默认起始地址。您不希望ld的code + data的ASLR也更改其默认值。或者该整数值可能在许多程序中以多种方式出现,例如作为位图。当然,x86-64机器代码的长度是可变的,因此在最一般的情况下,甚至没有可靠的方法甚至可以将操作码与立即操作数区分开。
还有潜在的假阴性。 x86程序用多条指令在寄存器中构造绝对地址的可能性不大,但是肯定有可能。但是,在非x86代码中,这很常见。
具有固定长度指令的RISC机器不能将32位地址放入32位指令中。没有别的空间了。因此,要从静态存储中加载,绝对地址必须在多条指令之间分割,例如MIPS lui $t0, %hi(0x612300)/lw $t1, %lo(0x612300)($t0),才能从绝对地址0x612300的静态变量加载。 (在asm源代码中通常会有一个符号名,但除非是.globl,否则它不会出现在最终链接的二进制文件中,因此我使用数字作为提醒。)类似的指令不必成对出现;地址的相同上半部分可被其他访问同一数组或结构的其他访问重用,稍后再进行说明。

关于linux - 为什么非图片代码不能完全使用运行时修复程序进行ASLR?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/64251362/

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