Linux内核ARM64架构堆栈随机化的实现

堆栈随机化是一项安全增强，它允许对系统调用发生时，内核使用的堆栈添加一个随机偏移。这给基于stack的攻击增加了难度，因为stack攻击通常要求stack有个固定的layout。现在每次系统调用，stack的layout都变化的话，攻击就无规律可寻了。

首先以系统调用为主线，看一下Linux内核ARM64架构堆栈随机化的实现方式：

在ARM64上，主要在系统调用的链条中增加了invoke_syscall()这个函数来实现堆栈随机化：

linux-5.4.175未增加堆栈随机化的实现：

linux-5.16.4增加堆栈随机化的实现：

我们模仿上面的逻辑，写一个demo来分析其原理：

#include 
#include 

#define DBG(fmt, ...)   do { printf("%s line %d, "fmt"n", __func__, __LINE__, ##__VA_ARGS__); } while (0)

int __attribute__((noinline)) bar(void)
{
    unsigned int abc = 0;
	DBG("stack var addr %p.", &abc);
	return 0;
}

int __attribute__((noinline)) foo(void)
{
   int offset = rand()%256;   
   void *ptr = __builtin_alloca(offset);
   bar();
   return 0;
}

int main(void)
{
	int i = 0;
	for(i = 0; i < 10; i ++)
	{
		DBG("loop %d.", i);
		foo();
	}
	return 0;
}

去掉随机化之后,和上面对比，你会发现，堆栈地址在每次调用是都保持了不变。

具体的说，在内核实现中，这个机制允许在每个系统调用时，随机选择内核堆栈的偏移量，比如在启动时,通过输入randomize_kstack_offset=on/off控制是否启用这个机制。

得益于在每次系统调用时都分配了随机的内核堆栈偏移量，该功能可在启用后让基于堆栈的攻击变得更加困难。