หน้านี้ได้รับการแปลโดย Cloud Translation API

GWP-ASan

GWP-ASan เป็นฟีเจอร์การจัดสรรหน่วยความจำของระบบที่จะช่วยค้นหาข้อบกพร่องการใช้งานหลังช่วงใช้ฟรี และบัฟเฟอร์ล้นฮีป ชื่อไม่เป็นทางการของบริการนี้คือตัวย่อแบบซ้ำซ้อน "GWP-ASan Will Provide Allocation SANity" GWP-ASan ไม่จำเป็นต้องใช้ซอร์สโค้ดหรือคอมไพล์อีกครั้ง (กล่าวคือ ทำงานกับรุ่นที่สร้างไว้ล่วงหน้าได้) และทำงานได้ทั้งในกระบวนการแบบ 32 บิตและ 64 บิต (แม้ว่าข้อขัดข้องแบบ 32 บิตจะมีข้อมูลการแก้ไขข้อบกพร่องน้อยกว่า) ซึ่งแตกต่างจาก HWASan หรือ Malloc Debug หัวข้อนี้จะอธิบายการดำเนินการที่คุณต้องทำเพื่อเปิดใช้ฟีเจอร์นี้ในแอป GWP-ASan พร้อมใช้งานในแอปที่กำหนดเป้าหมายเป็น Android 11 (API ระดับ 30) ขึ้นไป

ภาพรวม

GWP-ASan จะเปิดใช้ในแอปพลิเคชันระบบและไฟล์ปฏิบัติการของแพลตฟอร์มบางรายการที่ระบบเลือกแบบสุ่มเมื่อเริ่มกระบวนการ (หรือเมื่อ zygote แยกตัว) เปิดใช้ GWP-ASan ในแอปของคุณเองเพื่อช่วยค้นหาข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับหน่วยความจํา และเตรียมแอปให้พร้อมสําหรับการรองรับ Memory Tagging Extension (MTE) ของ ARM กลไกการสุ่มตัวอย่างการจัดสรรยังเพิ่มความน่าเชื่อถือให้กับการค้นหาการเสียชีวิตด้วย

เมื่อเปิดใช้แล้ว GWP-ASan จะขัดจังหวะการจัดสรรฮีปชุดย่อยที่เลือกแบบสุ่ม และวางไว้ในภูมิภาคพิเศษที่จะจับข้อบกพร่องการทําลายหน่วยความจําของฮีปที่ตรวจจับได้ยาก เมื่อผู้ใช้มีจำนวนมากพอ แม้แต่อัตราการสุ่มตัวอย่างที่ต่ำเช่นนี้ก็จะพบข้อบกพร่องด้านความปลอดภัยของหน่วยความจำฮีปที่ตรวจไม่พบผ่านการทดสอบปกติ ตัวอย่างเช่น GWP-ASan พบข้อบกพร่องจำนวนมากในเบราว์เซอร์ Chrome (ซึ่งส่วนใหญ่ยังอยู่ระหว่างมุมมองที่จำกัด)

GWP-ASan จะรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจัดสรรทั้งหมดที่ตรวจพบ ข้อมูลนี้จะพร้อมใช้งานเมื่อ GWP-ASan ตรวจพบการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจํา และระบบจะใส่ข้อมูลนี้ไว้ในรายงานข้อขัดข้องของระบบโดยอัตโนมัติ ซึ่งช่วยแก้ไขข้อบกพร่องได้อย่างมาก (ดูตัวอย่าง)

GWP-ASan ได้รับการออกแบบมาเพื่อไม่ให้มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมที่สำคัญใน CPU GWP-ASan จะเพิ่ม RAM คงที่เล็กน้อยเมื่อเปิดใช้ ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมนี้ขึ้นอยู่กับระบบ Android และปัจจุบันมีประมาณ 70 กิบิไบต์ (KiB) สำหรับแต่ละกระบวนการที่ได้รับผลกระทบ

เลือกใช้แอป

แอปอาจเปิดใช้ GWP-ASan ในระดับกระบวนการแต่ละรายการได้โดยใช้แท็ก android:gwpAsanMode ในไฟล์ Manifest ของแอป ระบบรองรับตัวเลือกต่อไปนี้

ปิดใช้เสมอ (android:gwpAsanMode="never"): การตั้งค่านี้จะปิดใช้ GWP-ASan ในแอปโดยสมบูรณ์ และเป็นค่าเริ่มต้นสําหรับแอปที่ไม่ใช่ระบบ
ค่าเริ่มต้น (android:gwpAsanMode="default" หรือไม่ได้ระบุ): Android 13 (API ระดับ 33) และต่ำกว่า - GWP-ASan ปิดใช้อยู่ Android 14 (API ระดับ 34) ขึ้นไป - GWP-ASan แบบกู้คืนได้เปิดใช้
เปิดใช้เสมอ (android:gwpAsanMode="always"): การตั้งค่านี้จะเปิดใช้ GWP-ASan ในแอป ซึ่งรวมถึงการดำเนินการต่อไปนี้
1. ระบบปฏิบัติการจะจอง RAM ไว้จำนวนหนึ่งสำหรับการดำเนินการ GWP-ASan ประมาณ 70 KiB สำหรับแต่ละกระบวนการที่ได้รับผลกระทบ (เปิดใช้ GWP-ASan หากแอปของคุณไม่ไวต่อการใช้งานหน่วยความจําที่เพิ่มขึ้นอย่างร้ายแรง)
2. GWP-ASan จะขัดจังหวะการจัดสรรฮีปชุดย่อยที่เลือกแบบสุ่มและวางไว้ในภูมิภาคพิเศษที่ตรวจจับการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำได้อย่างน่าเชื่อถือ
3. เมื่อเกิดการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจําในภูมิภาคพิเศษ GWP-ASan จะหยุดกระบวนการนี้
4. GWP-ASan จะแสดงข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อบกพร่องในรายงานข้อขัดข้อง

หากต้องการเปิดใช้ GWP-ASan ทั่วโลกสําหรับแอป ให้เพิ่มข้อมูลต่อไปนี้ลงในไฟล์ AndroidManifest.xml

<application android:gwpAsanMode="always">
  ...
</application>

นอกจากนี้ คุณยังเปิดหรือปิดใช้ GWP-ASan อย่างชัดเจนสําหรับกระบวนการย่อยที่เฉพาะเจาะจงของแอปได้ โดยสามารถกําหนดเป้าหมายกิจกรรมและบริการโดยใช้กระบวนการที่เลือกใช้หรือเลือกไม่ใช้ GWP-ASan อย่างชัดเจน โปรดดูตัวอย่างต่อไปนี้

<application>
  <processes>
    <!-- Create the (empty) application process -->
    <process />

    <!-- Create subprocesses with GWP-ASan both explicitly enabled and disabled. -->
    <process android:process=":gwp_asan_enabled"
               android:gwpAsanMode="always" />
    <process android:process=":gwp_asan_disabled"
               android:gwpAsanMode="never" />
  </processes>

  <!-- Target services and activities to be run on either the GWP-ASan enabled or disabled processes. -->
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <activity android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledActivity"
            android:process=":gwp_asan_disabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanEnabledService"
           android:process=":gwp_asan_enabled" />
  <service android:name="android.gwpasan.GwpAsanDisabledService"
           android:process=":gwp_asan_disabled" />
</application>

GWP-ASan ที่กู้คืนได้

Android 14 (API ระดับ 34) ขึ้นไปรองรับ GWP-ASan แบบกู้คืนได้ ซึ่งจะช่วยให้นักพัฒนาซอฟต์แวร์พบข้อบกพร่องบัฟเฟอร์ล้นฮีป (Heap Buffer Overflow) และการใช้งานฮีปหลังช่วงใช้ฟรี (Heap Use After Free) ในเวอร์ชันที่ใช้งานจริงได้โดยไม่ทำให้ประสบการณ์ของผู้ใช้ลดลง เมื่อไม่ได้ระบุ android:gwpAsanMode ใน AndroidManifest.xml แอปจะใช้ GWP-ASan ที่กู้คืนได้

GWP-ASan ที่กู้คืนได้แตกต่างจาก GWP-ASan พื้นฐานดังนี้

GWP-ASan แบบกู้คืนได้จะเปิดใช้เฉพาะในการเปิดแอปประมาณ 1% เท่านั้น ไม่ใช่การเปิดแอปพลิเคชันทุกครั้ง
เมื่อตรวจพบข้อบกพร่องการใช้ฮีปหลังใช้ฟรีหรือฮีป-บัฟเฟอร์ล้นเกิน ข้อบกพร่องนี้จะปรากฏในรายงานข้อขัดข้อง (Tombstone) รายงานข้อขัดข้องนี้พร้อมใช้งานผ่าน ActivityManager#getHistoricalProcessExitReasons API เช่นเดียวกับ GWP-ASan เวอร์ชันเดิม
GWP-ASan แบบกู้คืนได้จะไม่ออกจากระบบหลังจากถ่ายโอนข้อมูลรายงานข้อขัดข้อง แต่จะให้หน่วยความจำเสียหายและแอปทำงานต่อไป แม้ว่ากระบวนการอาจดำเนินต่อไปตามปกติ แต่ระบบจะไม่ได้ระบุลักษณะการทำงานของแอปอีกต่อไป เนื่องจากการเสียหายของหน่วยความจํา แอปอาจขัดข้อง ณ จุดใดก็ได้ในอนาคต หรืออาจทํางานต่อไปโดยไม่ส่งผลกระทบต่อผู้ใช้
GWP-ASan ที่กู้คืนได้จะปิดใช้งานหลังจากมีการถ่ายโอนข้อมูลรายงานข้อขัดข้อง ดังนั้น แอปจะได้รับรายงาน GWP-ASan ที่กู้คืนได้เพียง 1 ฉบับต่อการเปิดแอป 1 ครั้ง
หากติดตั้งตัวแฮนเดิลสัญญาณที่กำหนดเองในแอป ระบบจะไม่เรียกใช้ตัวแฮนเดิลสัญญาณดังกล่าวสำหรับสัญญาณ SIGSEGV ที่บ่งบอกถึงข้อบกพร่อง GWP-ASan ที่แก้ไขได้

เนื่องจากข้อขัดข้องของ GWP-ASan ที่กู้คืนได้บ่งบอกถึงอินสแตนซ์จริงของหน่วยความจําที่เสียหายในอุปกรณ์ของผู้ใช้ปลายทาง เราจึงขอแนะนําอย่างยิ่งให้จัดลําดับความสําคัญและแก้ไขข้อบกพร่องที่ GWP-ASan ที่กู้คืนได้ระบุไว้

การสนับสนุนสำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์

ส่วนเหล่านี้จะกล่าวถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นเมื่อใช้ GWP-ASan และวิธีจัดการปัญหา

ไม่มีร่องรอยการจัดสรร/ยกเลิกการจัดสรร

หากคุณกำลังวิเคราะห์ข้อขัดข้องแบบเนทีฟที่ดูเหมือนจะไม่มีเฟรมการจัดสรร/การจัดสรรใหม่ แสดงว่าแอปพลิเคชันของคุณอาจไม่มีเคอร์เซอร์เฟรม GWP-ASan ใช้เคอร์เซอร์เฟรมเพื่อบันทึกการติดตามการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรเพื่อเหตุผลด้านประสิทธิภาพ และไม่สามารถเลิกทำสแต็กเทรซได้หากไม่มีเคอร์เซอร์เฟรม

ตัวชี้เฟรมจะเปิดอยู่โดยค่าเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์ arm64 และปิดอยู่โดยค่าเริ่มต้นสำหรับอุปกรณ์ arm32 เนื่องจากแอปพลิเคชันไม่สามารถควบคุม libc ได้ (โดยทั่วไป) GWP-ASan จึงไม่สามารถรวบรวมการติดตามการจัดสรร/ดีลตำแหน่งสำหรับไฟล์ปฏิบัติการหรือแอป 32 บิต แอปพลิเคชัน 64 บิตควรไม่สร้างขึ้นด้วย -fomit-frame-pointer เพื่อให้ GWP-ASan รวบรวมสแต็กเทรซการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรได้

การจำลองการละเมิดความปลอดภัย

GWP-ASan ออกแบบมาเพื่อตรวจจับการละเมิดความปลอดภัยของหน่วยความจำฮีปในอุปกรณ์ของผู้ใช้ GWP-ASan ให้บริบทเกี่ยวกับข้อขัดข้องมากที่สุด (การติดตามการเข้าถึงการละเมิด, สตริงสาเหตุ และการติดตามการจัดสรร/การจัดสรรใหม่) แต่อาจยังสรุปได้ยากว่าการละเมิดเกิดขึ้นได้อย่างไร ขออภัย เนื่องจากการตรวจหาข้อบกพร่องเป็นแบบสุ่ม รายงาน GWP-ASan จึงมักทำให้เกิดปัญหาในการจำลองบนอุปกรณ์เครื่องอื่น

ในกรณีเหล่านี้ หากข้อบกพร่องส่งผลต่ออุปกรณ์ 64 บิต คุณควรใช้ HWAddressSanitizer (HWASan) HWASan ตรวจพบการละเมิดความปลอดภัยด้านหน่วยความจำ ในสแต็ก ฮีป และส่วนกลางได้อย่างน่าเชื่อถือ การเรียกใช้แอปพลิเคชันด้วย GWASan อาจทําให้เกิดผลลัพธ์เดียวกันกับที่ GWP-ASan รายงาน

ในกรณีที่การเรียกใช้แอปพลิเคชันภายใต้ HWASan ไม่เพียงพอที่จะระบุสาเหตุของข้อบกพร่อง คุณควรลองสร้างข้อมูลเท็จโค้ดที่เป็นปัญหา คุณสามารถกำหนดเป้าหมายการทดสอบการใช้ Fuzz ตามข้อมูลในรายงาน GWP-ASan ซึ่งสามารถตรวจหาและเปิดเผยปัญหาด้านสุขภาพของโค้ดที่อยู่เบื้องหลังได้อย่างน่าเชื่อถือ

ตัวอย่าง

ตัวอย่างโค้ดแบบเนทีฟนี้มีข้อบกพร่องของการใช้ฮีปหลังจากใช้ฟรี:

#include <jni.h>
#include <string>
#include <string_view>

jstring native_get_string(JNIEnv* env) {
   std::string s = "Hellooooooooooooooo ";
   std::string_view sv = s + "World\n";

   // BUG: Use-after-free. `sv` holds a dangling reference to the ephemeral
   // string created by `s + "World\n"`. Accessing the data here is a
   // use-after-free.
   return env->NewStringUTF(sv.data());
}

extern "C" JNIEXPORT jstring JNICALL
Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString(
    JNIEnv* env, jobject /* this */) {
  // Repeat the buggy code a few thousand times. GWP-ASan has a small chance
  // of detecting the use-after-free every time it happens. A single user who
  // triggers the use-after-free thousands of times will catch the bug once.
  // Alternatively, if a few thousand users each trigger the bug a single time,
  // you'll also get one report (this is the assumed model).
  jstring return_string;
  for (unsigned i = 0; i < 0x10000; ++i) {
    return_string = native_get_string(env);
  }

  return reinterpret_cast<jstring>(env->NewGlobalRef(return_string));
}

สำหรับการทดสอบโดยใช้โค้ดตัวอย่างด้านบน GWP-ASan ตรวจพบการใช้งานที่ผิดกฎหมายและเรียกใช้รายงานข้อขัดข้องด้านล่างได้สําเร็จ GWP-ASan ได้ปรับปรุงรายงานโดยอัตโนมัติโดยให้ข้อมูลเกี่ยวกับประเภทข้อขัดข้อง เมตาข้อมูลการจัดสรร และร่องรอยการติดตามการจัดสรรและการยกเลิกการจัดสรรที่เกี่ยวข้อง

*** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** *** ***
Build fingerprint: 'google/sargo/sargo:10/RPP3.200320.009/6360804:userdebug/dev-keys'
Revision: 'PVT1.0'
ABI: 'arm64'
Timestamp: 2020-04-06 18:27:08-0700
pid: 16227, tid: 16227, name: 11.test.gwpasan  >>> android11.test.gwpasan <<<
uid: 10238
signal 11 (SIGSEGV), code 2 (SEGV_ACCERR), fault addr 0x736ad4afe0
Cause: [GWP-ASan]: Use After Free on a 32-byte allocation at 0x736ad4afe0

backtrace:
      #00 pc 000000000037a090  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckNonHeapValue(char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+448)
      #01 pc 0000000000378440  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::CheckPossibleHeapValue(art::ScopedObjectAccess&, char, art::(anonymous namespace)::JniValueType)+204)
      #02 pc 0000000000377bec  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::ScopedCheck::Check(art::ScopedObjectAccess&, bool, char const*, art::(anonymous namespace)::JniValueType*)+612)
      #03 pc 000000000036dcf4  /apex/com.android.art/lib64/libart.so (art::(anonymous namespace)::CheckJNI::NewStringUTF(_JNIEnv*, char const*)+708)
      #04 pc 000000000000eda4  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (_JNIEnv::NewStringUTF(char const*)+40)
      #05 pc 000000000000eab8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+144)
      #06 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

deallocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048f30  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::deallocate(void*)+184)
      #02 pc 000000000000f130  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::_DeallocateCaller::__do_call(void*)+20)
      ...
      #08 pc 000000000000ed6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (std::__ndk1::basic_string<char, std::__ndk1::char_traits<char>, std::__ndk1::allocator<char> >::~basic_string()+100)
      #09 pc 000000000000ea90  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+104)
      #10 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

allocated by thread 16227:
      #00 pc 0000000000048970  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::AllocationMetadata::CallSiteInfo::RecordBacktrace(unsigned long (*)(unsigned long*, unsigned long))+80)
      #01 pc 0000000000048e4c  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan::GuardedPoolAllocator::allocate(unsigned long)+368)
      #02 pc 000000000003b258  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (gwp_asan_malloc(unsigned long)+132)
      #03 pc 000000000003bbec  /apex/com.android.runtime/lib64/bionic/libc.so (malloc+76)
      #04 pc 0000000000010414  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (operator new(unsigned long)+24)
      ...
      #10 pc 000000000000ea6c  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (native_get_string(_JNIEnv*)+68)
      #11 pc 000000000000edf8  /data/app/android11.test.gwpasan/lib/arm64/libmy-test.so (Java_android11_test_gwpasan_MainActivity_nativeGetString+44)
      ...

ข้อมูลเพิ่มเติม

ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายละเอียดการนำ GWP-ASan ไปใช้งานได้ในเอกสารประกอบLLVM ดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับรายงานข้อขัดข้องของระบบ Android ได้ที่การวินิจฉัยข้อขัดข้องของระบบ