软件学报

作者：王子成，郭迎港，钟炳南，陈越琦，曾庆凯

单位：王子成，计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 210023;南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 21002311,郭迎港，计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 210023;南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 21002302,钟炳南，计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 210023;南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 21002303,陈越琦，Department of Computer Science, University of Colorado Boulder, Boulder 80309, USA04,曾庆凯，计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 210023;南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 21002305

关键词：系统安全;漏洞缓解;eBPF

基金：国家自然科学基金(61772266, 61431008)

内核堆漏洞是目前操作系统安全的主要威胁之一, 用户层攻击者通过触发漏洞能够泄露或修改内核敏感信息, 破坏内核控制流, 甚至获取root权限. 但是由于漏洞的数量和复杂性剧增, 从漏洞首次被报告到开发者给出修复补丁(patch)往往需要较长时间, 而内核现阶段采用的缓解机制均能被稳定绕过. 为此提出一种基于eBPF的内核堆漏洞动态缓解框架, 用于在修复时间窗口中降低内核安全风险. 动态缓解框架采取数据对象空间随机化策略, 在每次分配时为漏洞报告中涉及的数据对象分配随机地址, 并充分利用eBPF的动态、安全特性将空间随机化对象在运行时注入内核, 使得攻击者无法准确放置攻击负载, 堆漏洞几乎无法被利用. 评估40个真实内核堆漏洞, 并收集12个绕过现有缓解机制的攻击程序进行进一步分析和实验, 证实动态缓解框架提供充足的安全性. 性能测试表明, 即使在严苛情况下, 大量分配的4类数据对象仅对系统造成约1%的性能损耗和可以忽略不计的内存损耗, 同时增加保护对象的数量几乎不引入额外性能损耗. 所提机制对比相关工作适用范围更广, 安全性更强, 而且无需安全专家发布的漏洞补丁, 可以根据漏洞报告生成缓解程序, 具备广阔应用前景.

来源：2024年第7期

《软件学报》期刊编辑部

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