基于多级指针的释放后重用漏洞防御机制研究

发布时间：2021-06-02 21:53

　　C/C++这类高效率语言有着对内存低层级的控制能力,从而提高程序运行效率。但是C/C++缺乏对指针合法性的检测,当程序开发者调用显式释放函数时,无法保证所有相关指针都处于无效状态,故这些不合法的指针可能导致一些内存安全相关的漏洞。悬空指针是不指向任何合法对象的指针,其本身不会导致任何内存安全问题,但通过悬空指针访问内存是造成释放后重用漏洞的主要原因。释放后重用漏洞会引发信息泄漏或任意代码执行,故这类漏洞大多属于高危漏洞,并且近年来其数量明显增加,其威胁也因此变得越来越严重。基于多级指针的释放后重用漏洞防御系统MPChecker（Multi-level Pointer Checker）针对释放后重用漏洞的特点,动态防御释放后重用漏洞的利用和攻击。首先,通过向堆对象和相关指针之间插入中间指针,形成包含多级指针的新关系。其次,所有通过相关指针对该对象的内存访问,只能经过这些中间指针来实现。最后,为了防止悬空指针被解引用从而访问该对象内存,在对象释放后,与该对象相关的所有中间指针都被置为无效,由于无效的中间指针的存在,可防止已释放的对象被访问。测试结果表明,MPChecker可以防御C/C++... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于多级指针的释放后重用漏洞防御系统架构

从而节省一部分开销。2.5 系统功能模块图2-2 基于多级指针的释放后重用漏洞防御系统功能模块MPChecker 系统的各个功能模块如图 2-2 所示，基于多级指针的释放后重用漏洞防御系统主要包含：静态编译插桩子系统、堆对象管理子系统、指针跟踪子系统、基指针链表。静态编译插桩子系统包括指令分析模块、指令插桩替换模块、自实现安全库。堆对象管理子系统包括堆对象分配管理模块、堆对象释放管理模块、指针检查器模块。指针跟踪子系统包括指针运算传播跟踪模块。基指针链表包括基指针链表基本模块、基指针多线支持程模块。接下来介绍每个模块以及模块之间的关系，并讨论为这些组件所做的优化。

LLVM IR 文件会跟程序 LLVM IR 文件链接到一起，最终编译成最终的安全程序二进制文件。图3-1 静态编译插桩子系统的实现框架3.1.1 指令分析模块指令分析模块会对程序的 LLVM IR 指令做遍历分析处理，如图 3-2 所示，首先判断所有指令是否分析完毕，若完毕则结束分析流程，否则判断函数调用名称是否为 malloc/free，如果是则标记指令为堆分配/释放操作，否则继续判断该函数名是否为非本地函数；如果是则标记指令为外部函数调用，否则继续判断 load 指令的操作数是否为指针变量；如果是则标记为指针解引用操作，否则继续判断是否为 load、getelementptr、store 指令序列；如果是则标记为算术指令传播

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3210818