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openEuler 社区开发者向 Linux Kernel 社区提交安全新特性

openEuler 2023-08-15
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“This is a nice balance between the best option we have now ("slub_nomerge") and most invasive changes (type-based allocation segregation, which requires at least extensive compiler support),forcing some caches to be "out of reach".”

—— Kees Cook，Linux Kernel 安全加固子系统 Maintainer

openEuler 始终坚持 upstream first,积极与国际主流开源社区合作，华为、麒麟软件、统信软件、麒麟信安等都是 Linux Kernel 社区的贡献者。
7 月 14 日下午 2 点 44 分，openEuler 社区成员，来自华为的龚睿奇向 Linux Kernel 社区提交了名为 Randomized slab caches for kmalloc()的特性补丁（第 5 版），2 个小时后，该补丁被 Linux Kernel 社区 SLAB 子系统维护者 Vlastimil Babka 接受。该特性预计会随着 Linux Kernel 6.6 版本发布，之后会回合到 openEuler 社区 。

内核漏洞年年有，内存问题尤其多

Linux Kernel 存在漏洞不可避免，其中与内存释放和读写错误相关的漏洞最为常见，由此引发的常见内存漏洞问题主要有 Use-After-Free（释放后使用，UAF）、Out-of-Bounds（访问越界，OOB）、Double Free（重复释放）等。攻击者在发现此类漏洞后，通常会以普通用户登录操作系统，然后通过一系列操作来触发内存错误，使内核进入异常状态。这类攻击的最终目的是为了获得操作系统的 root 权限，最终攫取整个操作系统的控制权。触发UAF、OOB 等内存问题，最常见攻击方法是堆喷（Heap Spraying）。
UAF 问题
例如：对存在 UAF 问题的内存对象，攻击者可以待其被释放后对其实施喷射，篡改其中的内容，就能影响其在后续被使用时的系统行为。

Randomized slab caches for kmalloc()

堆喷得以实现的原因主要有两个：「第一，通用 SLAB 缓存跨子系统/模块共享，这在当前 Linux Kernel 中已广泛存在；第二，专用 SLAB 与通用 SLAB 缓存之间可能发生合并，这虽然可以通过 Linux Kernel 启动参数 slab_nomerge 阻止，但这么做对性能影响较大。」
龚睿奇提供的 Randomized slab caches for kmalloc() 特性为缓解这个问题提供了一个新方案。
首先，创建多份永不合并的通用 SLAB 缓存。第二，kmalloc() 在对外分配内存时从上述多份 SLAB 缓存中随机选取一份。这样就避免了存在漏洞的内存对象与其他子系统/模块的内存对象位于同一个的 SLAB 缓存上，从而避免漏洞内存对象遭受喷射。
Randomized slab caches for kmalloc()
如何实现这个随机机制呢？该方案采用的是获取 kmalloc() 的调用点地址，并基于该地址的哈希值来选取 SLAB 缓存。如此，同一处函数调用 kmalloc() 所选用的随机缓存是固定的，不同函数调用 kmalloc() 所选用的随机缓存则（大概率）不同。这种方式令该方案不会被暴力重复利用绕过，安全性更高。
另外，为防止攻击者通过分析 Linux Kernel 源码，来寻找与存在漏洞的内存对象共用同一份 SLAB 缓存的 kmalloc() 调用点，龚睿奇在上述方案的基础上掺入了一个随机种子。该种子在 Linux Kernel 启动时更新，启动后只读。这使得每个 kmalloc() 选择的 SLAB 缓存在每次重启后改变，从而阻止攻击者的上述企图。
Randomized slab caches for kmalloc()
性能和内核测试结果
龚睿奇提交到 Linux Kernel 社区的补丁展示了方案的性能和内存测试数据，可以看到方案对内核的性能几乎没有影响；其额外内存消耗与新增的 SLAB 缓存数量呈正相关，但增量不大。最终达到了安全和性能之间的“良好平衡（nice balance）”。
目前该特性将被合入到 Linux Kernel 6.6 中，预计在2023年10月底发布。

openEuler 坚持 upstream first，立足中国，面向全球

openEuler 立足中国，面向全球，积极推进国际化进程。目前全球 4 大主流开源基金会的 95%的开源项目已经原生支持 openEuler，上游开源社区集成 openEuler CI 的有 3 个。

2022 年 9 月 13 日，openEuler 正式亮相欧洲开源峰会（OSSEU），收到了国外开发者的大量关注和反馈，这是欧拉迈向国际化的重要一步，标志着欧拉海外生态正式起航。

2023年9月19-21日，openEuler将在全球开源顶级峰会Open Source Summit Europe 2023上全面亮相，与世界各地的开发者进行互动。

9月19日西班牙毕尔巴鄂，不见不散！


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