Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Features
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
Search
Search
LLVM meets kernel
Search
Yuma Kurogome
December 08, 2013
Programming
4
2.3k
LLVM meets kernel
第九回 カーネル/VM探検隊 発表資料
http://peatix.com/event/22490
#kernelvm
Yuma Kurogome
December 08, 2013
Tweet
Share
More Decks by Yuma Kurogome
See All by Yuma Kurogome
The Art of De-obfuscation
ntddk
16
27k
死にゆくアンチウイルスへの祈り
ntddk
55
38k
Windows Subsystem for Linux Internals
ntddk
10
2.7k
なぜマルウェア解析は自動化できないのか
ntddk
6
4k
Linear Obfuscation to Drive angr Angry
ntddk
4
780
CAPTCHAとボットの共進化
ntddk
2
1k
マルウェアを機械学習する前に
ntddk
3
1.5k
Peeling Onions
ntddk
7
3.4k
仮想化技術を用いたマルウェア解析
ntddk
8
27k
Other Decks in Programming
See All in Programming
スクラムガイドのスプリントレトロスペクティブを改めて読みかえしてみた / Re-reading the Sprint Retrospective Section in the Scrum Guide
mackey0225
3
400
try! Swift Tokyo 2024のLT枠に採択されたプロポーザルを出すときに考えていたこと
ski
0
350
Micro Frontends for Java Microservices - Devnexus 2024
mraible
PRO
0
470
SwiftUIで使いやすいToastの作り方 / How to build a Toast system which is easy to use in SwiftUI
lovee
3
130
TYPO3 v13 – The road to LTS: What's new and new APIs
luisasofie_xoxo
0
190
Semantic search with Django and pgvector
pauloxnet
0
240
ゆるい個人開発のススメ
kuroppe1819
10
970
Goのエラースタックトレースの歴史と今後
sonatard
6
420
GitHub Copilotのススメ
marcy731
0
190
コーンフレークから始める モデリング会話入門
ogurotakayuki
0
340
今、知っておきたい! 生成AIエージェントの世界
elith
3
350
try! Swift Tokyo 初参加報告LT
hinakko2
0
210
Featured
See All Featured
The Pragmatic Product Professional
lauravandoore
24
5.8k
RailsConf 2023
tenderlove
2
530
Code Review Best Practice
trishagee
54
15k
Rails Girls Zürich Keynote
gr2m
91
13k
WebSockets: Embracing the real-time Web
robhawkes
59
7k
Being A Developer After 40
akosma
56
580k
Building Your Own Lightsaber
phodgson
98
5.7k
"I'm Feeling Lucky" - Building Great Search Experiences for Today's Users (#IAC19)
danielanewman
220
21k
Practical Orchestrator
shlominoach
181
9.7k
Bootstrapping a Software Product
garrettdimon
PRO
301
110k
Designing with Data
zakiwarfel
95
4.8k
Typedesign – Prime Four
hannesfritz
36
2.1k
Transcript
LLVM meets kernel @ntddk
whoami • Yuma Kurogome(@ntddk) • 慶應義塾大学 SFC B1, 武田研 •
留年の危機 • Synclogue Inc. • Windows kernel, RCE, LLVM ← new!
whoami • CTF – EpsilonDelta(一応) – sutegoma2(潜入) – Kazusa •
HackInTheBox KL – ROPが解けなかった
今回話すこと • LLVM • Return-oriented programming(ROP) • LLVMによるROP緩和技術 • LLVMLinux
LLVM
詳しくは...
LLVM • プログラムの最適化を支援するコンパイラ基盤 • 任意の言語 → LLVM IR → 任意の言語
LLVMの構成 • Frontend • Middlend • Backend
Frontend • 字句解析 • 構文解析 • 意味解析 • コード生成 –
LLVM IR • Frontendを実装するだけで任意の言語のコンパ イラが作れる – MiddlendとBackendはLLVMデフォルトでも十分
Middlend • PassによるLLVM IRの解析と最適化 – 関数全てに対するPass – ループ文に対するPass – ジャンプのない一連の処理に対するPass
– etc... • 自分だけのPassでみんなと差をつけろ
Backend • アセンブリ生成 • 実行オブジェクト生成 • LLVM IRの実行(JIT) • コード生成(トランスレータ)
• 独自の言語のソースコードを生成したい場合は Backendを実装する必要がある
Clang • C, C++, Obj-C, Obj-C++のFrontend • C++14(N3797)の機能を完全に実装 • BSDライクなライセンス
– gccはGPLv3
ROP
脆弱性対策技術 • scanf("%s", buf); – EIP 0x41414141からが戦い • プログラムに脆弱性があっても悪用されない機 能の実現
脆弱性対策技術 • StackGuard – リターンアドレス付近に乱数を配置 • StackSheild – リターンアドレスを離れた位置に保存 •
ASLR – アドレスのランダマイズ – 攻撃の成功率を下げる • Exec Shield – データ実行防止
ROP • 脆弱性攻略のための一技術 – Exec Shieldを突破する • Return-oriented programming •
短いコードブロックを組み合わせてシェルコー ドとする – ROP gadgets – シェルコードとして使える命令とリターンのセット – 命令をずらして解釈することも – ASLRがかかっていないファイルを利用
ROP gadgets 684a0f4e: pop eax ret 684a2367: pop ecx ret
684a123a: mov[ecx], eax ret 0x684a123a 0xfeedface 0xdeadbeef 0x684a2367 0x684a0f4e
None
Return-oriented rootkit • Rootkit – カーネル構造体などを書き換える – 悪意のあるプログラムを隠蔽 • Return-oriented
rootkit – Return-Oriented Rootkits: Bypassing Kenrel Code Integrity Protection Mechanism – ROPを利用したrootkit – ROPでカーネルの整合性検証をバイパスする
Return-oriented rootkit • カーネルの整合性検証 – 未許可のLKMを実行しない • LKMにシグネチャを付加して検証 – みんな大好きVMM
• BitVisorとか – 書き込み可能なアドレスの実行権限を外す
Return-oriented rootkit • rootkitと名が付いているがLKMをロードする わけではない • 要するにカーネルモードでのROP • LKMにバッファオーバーフローなどの脆弱性が ある場合の攻撃手法
LLVMによるROP緩和技術
Return-less kernel • ROPでは任意の命令とリターンを組み合わせる • じゃあカーネルから リターンをなくせば いいじゃん • Defeating
Return-Oriented Rootkits With “Return-less” Kernels • せっかくだから俺はLLVMを使うぜ
LLVMのFreeBSD対応 • まともに動くFreeBSDカーネルをビルドできる ようになったのは2009年2月25日 • Return-less kernelが発表されたのは2010年4月 • FreeBSD 8.0対象
Return-less kernel • 3つの手法でカーネルからreturnを除去 – Return indirection – Register allocation
– Peephole optimization • LLVM backendを中心に実装 – マシン語の最適化 – 1命令を減らす最適化はバックエンドでのみ可能
Return indirection • リターンアドレスをテーブルから取得してくる – retは直接スタック上の戻り先アドレスを読み込む – 別の位置にあるリターンアドレスを読み込んでから そのアドレスにジャンプするようにすればガジェッ トを無効化できる
Return indirection • call, retを新しい形式に置き換える push $index jmp dst ...
pop %reg jmp *RegAddrBase(%reg)
Register allocation • Return indirectionだけでretを除去できるとは 限らない • x86は可変長であるためコンパイラがretを生成 してしまうことがある mov
%eax, %ebx -> 89 c3 • movなのに何故かret(0xc3)に... • LLVM IRの仮想レジスタマッピング時に調整
Register allocation • llvm::Spiller • LLVMのレジスタ割り当てアルゴリズム – Simple scan –
Local scan • これら2つは仮想レジスタから直接マッピング – Linear scan • より高度な割り当て
Register allocation • Linear scanを利用 • X86RegisterInfo.tdを拡張 – x86におけるレジスタ記述ファイル •
危険なレジスタ割り当てにアノテーション • 再割り当て • ご安全に!
Peephole optimization • コード中の0xc3を書き換える – 即値でもretと解釈してROPに使える cmp $0xc3,%ecx → mov
$0xc4, %reg dec %reg cmp %reg, %ecx
Peephole optimization • FreeBSD 8.0におけるコード 0xFFFFFFFF801A4F01: E9 C3 00 00
00 jmpq 0xFFFFFFFF801A4FC9 • この0xc3の意味は?
Peephole optimization • jmpq命令の直後からのオフセット • 相対アドレスの調整で0xc3を排除できる 0xFFFFFFFF801A4F01: E9 C4 00
00 00 jmpq 0xFFFFFFFF801A4FCA 0xFFFFFFFF801A4F06: 90 nop
LLVMLinux
+
LLVMLinux
現状 • LLVMでLinuxカーネルをビルドしたい! – Linuxカーネルはgccの拡張機能と癒着 – LLVM/Clangはgccの規格違反の挙動を絶対に実装 しない • LLVMへの機能追加とカーネルへのパッチで実
現 – gcc拡張の闇を取り除く
gcc拡張の闇 • Variable length arrays in structs (VLAIS) – Variable
length arrayの拡張 – 構造体内で配列の長さを実行時指定 – iptablesやHMACなどで利用されている struct foo_t { char a[n];/* Explicitly not allowed by C99/C11 */ } foo;
gcc拡張の闇 • __builtin_constant_pによる定数検出の回避 – LLVM Bug 4898 • Inline syntax
handling – GNU89 • __initと__exit • レジスタ変数 – x86 register unsigned long current_stack_pointer asm("esp") __used; – ARM register unsigned long current_sp asm ("sp");
Return-less Linux kernel • そろそろLLVMでLinuxをビルドできそう • LinuxでもReturn-less kernelを実現できたらい いよね •
GSoCとか... • OSvってどうなの