FPSFI:一种基于LLVM架构的驱动错误隔离机制

内核安全维系着应用程序的正常运行,而内核错误却仍被周期性地发现,且多数错误是由模块加载机制将存在问题的设备驱动引入内核所致.基于UVM编译器基础架构,提出FPSFI驱动错误运行时隔离机制,使驱动错误隔离机制分解为涉敏函数注册、驱动错误定位与检测函数的插装等三个模块,有效地阻止了由内核API完整性缺失所导致的权限非法提升以及内存空间被多次释放等常见驱动错误.相比于之前的方法,FPSFI将错误分析与定位实现在编译器后端,减少了人工添加检测代码的工作量,而检测函数的单独实现与编译,使得隔离机制对内核接口的依赖程度有所降低.基于Linux平台的测试结果表明,FPSFI能够有效阻止两类典型的驱动错误;FPSFI对后端编译器改动所造成的时间开销比为18.7％;对网络模块的压力测试结果显示,FPSFI不会显著影响CPU利用率以及TCP吞吐量,UDP吞吐量下降17％.     

一种新型内核扩展安全访问方法

内核扩展的安全性对操作系统的稳定运行具有重要意义.内核扩展在为驱动开发提供了便捷的同时,但也带来了重大安全隐患.本文设计了一个新型内核扩展安全访问(Security Access to Kernel Extension,SAKE)模型系统,该系统通过对驱动模块的控制范围进行约束,对关键内核扩展函数接口进行审查,来实现安全的内核扩展访问.文中所述研究在Linux操作系统上对SAKE模型系统进行了实现,并结合多款驱动进行了评测.安全性评测结果表明SAKE能够提供安全内核扩展访问功能,并且性能评测表明该系统带来的开销很小.     

KFUR:一个新型内核扩展安全模型

保障内核扩展的安全性对操作系统具有重要意义.当前存在大量针对内核函数使用规则的攻击,内核扩展中也存在大量违反内核函数使用规则的错误,因此针对内核函数使用规则的安全性检测十分必要.虽然存在多种提高内核扩展安全性的方法,但很少有方法对内核函数的使用规则进行安全性检测.文中设计了KFUR( Kernel Function Usage Rule)内核扩展安全模型系统,用于在运行时检测内核扩展调用内核函数是否遵守内核函数使用规则.如果内核扩展调用内核函数满足模型安全运行条件,则允许对该内核函数进行调用,否则将错误报告给操作系统内核并终止该内核扩展的运行.文中所述研究在Iinux操作系统上对KFUR安全模型系统进行实现,并将其运用于e1000网卡驱动、SATA硬盘驱动和HDA声卡驱动内核扩展.安全性评测表明安全模型系统能够对内核函数使用规则进行安全性检测,性能评测表明安全模型系统带来的开销很小.     

一种面向内核接口的顺序依赖规则挖掘与违例检测方法

内核扩展函数以接口的形式提供给驱动,用于管理设备和申请相关的资源.这些接口中存在大量的顺序依赖规则,如自旋锁必须经过初始化才能加锁,然后才能解锁;驱动在加载时申请的内存,卸载时必须予以释放等.然而,驱动开发者常常不熟悉或疏忽内核接口的使用规则,导致驱动中存在大量的接口使用违例,影响驱动及系统的可靠运行.文中提出了一种面向内核接口的顺序依赖规则挖掘与违例检测方法(SD-Miner).该方法结合驱动源码的结构特征,对驱动代码使用的内核接口进行统计分析,挖掘并提取内核接口的顺序依赖规则,并利用提取的规则检测现有的驱动源码中的使用违例.SD-Miner对Linux 3.10.10和2.6.38的驱动源码分别进行了规则挖掘和违例检测.对比检测结果发现,在2.6.38中检测出的错误中,有64处在3.10.10中得到了修正.SD-Miner检测和分析Linux 3.10.10的3781款驱动的过程仅耗费5 min,共计提取出了220个顺序依赖相关的接口使用规则,并检测到了756个使用违例,作者将其中50个提交给了开发者,累计有25个回复者对20个使用违例进行了确认.实验结果表明,SD-Miner能够有效地挖掘出内核接口的顺序依赖规则,并检测出使用违例,进而辅助开发人员对驱动进行修正来提高驱动可靠性.此外,规则的挖掘是基于驱动的结构信息和统计信息,不需要开发者在源码中提供额外的注释及标注.