[發(fā)明專利]一種高效且高可用的空間內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410005315.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN103745755B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁麗萍;趙曉柯;盧國(guó)慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院軟件研究所;公安部第三研究所
• 主分類號(hào): G11C29/56
• 分類號(hào): G11C29/56
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11200
• 代理人: 余長(zhǎng)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)軟件內(nèi)存安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

程序的內(nèi)存錯(cuò)誤通常分為兩類：空間內(nèi)存錯(cuò)誤和時(shí)間內(nèi)存錯(cuò)誤?？臻g內(nèi)存錯(cuò)誤包括數(shù)組越界錯(cuò)誤（如，緩沖區(qū)溢出），未初始化指針解引用，無效的類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，格式化字符串錯(cuò)誤等等。時(shí)間內(nèi)存錯(cuò)誤包括懸掛指針解引用，雙重釋放，無效釋放等等。內(nèi)存錯(cuò)誤大多存在于C/C++語言中，因?yàn)楦鶕?jù)C/C++語言標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)組越界，空指針解引用，讀一個(gè)未初始化的變量，會(huì)導(dǎo)致未定義的行為。攻擊者可以通過利用程序的內(nèi)存錯(cuò)誤來控制程序的執(zhí)行。在CWE/SANS發(fā)布的排名前25個(gè)最危險(xiǎn)的軟件錯(cuò)誤中，內(nèi)存錯(cuò)誤占據(jù)4個(gè)。另外根據(jù)NIST的NVD漏洞數(shù)據(jù)庫的報(bào)告，在2011年的1818個(gè)高危漏洞中，超過1/3都是由內(nèi)存錯(cuò)誤引起的。

目前，空間內(nèi)存錯(cuò)誤的檢測(cè)方法可以分為兩種：基于內(nèi)存對(duì)象邊界的檢測(cè)和基于指針邊界的檢測(cè)?；趦?nèi)存對(duì)象邊界的檢測(cè)通常使用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記錄和追蹤程序運(yùn)行時(shí)分配的內(nèi)存區(qū)域的邊界信息，當(dāng)使用指針訪問一個(gè)內(nèi)存區(qū)域時(shí)，使用記錄的內(nèi)存對(duì)象邊界信息來檢測(cè)指針是否指向該內(nèi)存區(qū)域。這種方法雖然能夠提高程序的兼容性，能夠透明的與庫函數(shù)進(jìn)行交互，但是該方法由于使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，導(dǎo)致程序的性能開銷比較高，而且不能檢測(cè)使用指針訪問一個(gè)內(nèi)存對(duì)象中的子內(nèi)存對(duì)象的錯(cuò)誤。基于指針邊界的檢測(cè)將指針指向的內(nèi)存對(duì)象的邊界信息與每個(gè)指針關(guān)聯(lián)起來，當(dāng)指針訪問內(nèi)存對(duì)象時(shí)，使用這些邊界信息檢測(cè)指針是否在內(nèi)存對(duì)象內(nèi)。在實(shí)現(xiàn)這種方法時(shí)，通常會(huì)修改指針的內(nèi)存表示，將指針指向的內(nèi)存對(duì)象的邊界信息與該指針存儲(chǔ)在一起。這種方法雖然避免了查找邊界信息造成的性能開銷，但是因?yàn)橹羔樀膬?nèi)存表示被修改，所以該方法使得程序無法與庫函數(shù)進(jìn)行透明的交互，降低了程序的兼容性。

賓夕法尼亞大學(xué)的Santosh于09年在PLDI會(huì)議上發(fā)表論文《SoftBound:Highly?Compatible?and?Complete?Spatial?Memory?Safety?for?C》，該論文提出了一種基于指針邊界的方法，通過將指針的邊界信息與指針分開存儲(chǔ)來提高程序與使用的庫函數(shù)的兼容性，并可以檢測(cè)指針訪問子內(nèi)存對(duì)象時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤。但是這種方法的性能開銷仍然比較高，而且，當(dāng)檢測(cè)到程序的內(nèi)存錯(cuò)誤時(shí)，程序就會(huì)終止運(yùn)行，這樣會(huì)降低程序的可用性，并且可以導(dǎo)致拒絕服務(wù)攻擊。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前基于指針邊界的空間內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)方法中存在的性能開銷高、兼容度低、可用性低的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低性能開銷、高兼容度且高可用性的空間內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)方法，以更好且更高效地實(shí)時(shí)檢測(cè)程序運(yùn)行過程中出現(xiàn)的內(nèi)存錯(cuò)誤，且保證在發(fā)生內(nèi)存錯(cuò)誤時(shí)，程序可以繼續(xù)正常運(yùn)行，防止攻擊者實(shí)施拒絕服務(wù)攻擊。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高效且高可用的空間內(nèi)存錯(cuò)誤檢測(cè)方法，包括以下步驟：

1)對(duì)程序進(jìn)行靜態(tài)污點(diǎn)分析，標(biāo)記污點(diǎn)指針；

2)對(duì)程序進(jìn)行編譯生成中間代碼，并構(gòu)建內(nèi)存影子空間；

3)分析程序的中間代碼，創(chuàng)建該污點(diǎn)指針的base和bound邊界信息，并存儲(chǔ)到所述的內(nèi)存影子空間；

4)對(duì)程序中間代碼中的指針運(yùn)算、數(shù)組索引和指針賦值三種指令進(jìn)行分析，將參與運(yùn)算的被標(biāo)記為污點(diǎn)指針的原始指針的邊界信息拷貝到運(yùn)算后得到的結(jié)果指針對(duì)應(yīng)的影子空間中；

5)對(duì)程序中使用污點(diǎn)指針進(jìn)行寫內(nèi)存的指令，進(jìn)行指針邊界檢測(cè)，根據(jù)污點(diǎn)指針的base和bound邊界信息確定的內(nèi)存邊界，檢測(cè)出空間內(nèi)存錯(cuò)誤。

進(jìn)一步地，步驟1）中，標(biāo)記污點(diǎn)指針又包括以下步驟：

1-1）將程序調(diào)用的外部庫函數(shù)返回和修改的數(shù)據(jù)標(biāo)記為污點(diǎn)（taint），其中“數(shù)據(jù)”包括指針類型數(shù)據(jù)和非指針類型數(shù)據(jù)；

1-2）對(duì)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析，傳播污點(diǎn)標(biāo)記；

1-3）對(duì)程序進(jìn)行指針別名分析，將與上述污點(diǎn)指針是別名關(guān)系的指針標(biāo)記為taint。

進(jìn)一步地，步驟1-1）中，還包括將程序所接受的用戶輸入的參數(shù)值標(biāo)記為taint。

進(jìn)一步地，步驟1-1）中所述的外部庫函數(shù)包括從文件中讀取數(shù)據(jù)的庫函數(shù)和從網(wǎng)絡(luò)中接收數(shù)據(jù)的庫函數(shù)，所述的用戶輸入的參數(shù)值是指程序的命令行參數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟1-2）中所述的數(shù)據(jù)流分析是程序間的數(shù)據(jù)流分析，步驟1-3）中所述的指針別名分析是指程序間的指針別名分析。