【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、日益复杂的应用程序面临着可信计算基(trusted computing base，tcb)过大的问题。目前，主流的应用程序具有极其复杂的软件栈。在整个软件栈中，应用程序自身的核心业务逻辑可能只占据很小一部分。然而，应用程序的全部依赖组件也被包含在tcb内，使tcb可能包含千万甚至上亿行代码。过大的tcb增大了应用程序的攻击面。为了缩小tcb，工业界和学术界提出可信执行环境(tee)技术。通过软/硬件方法构建一个应用程序执行的安全域doms，确保其中的程序和数据与非安全域domu隔离。tee技术将应用程序中安全域之外的内容全部排除tcb之外，大大减小了tcb的大小，提高了应用程序的安全性。
2、安全内存隔离是构建tee的重要组成部分。内存隔离的关键在于，禁止domu直接访问doms的内存。传统实现内存隔离的基本方法是将doms和domu放在不同的进程中，这将造成较大的上下文切换开销。因此，进程内安全内存隔离技术十分重要。
3、目前，主流的进程内安全内存隔离技术多数在硬件层面实现。如intel的softwareguard extension(sgx)和memory protection key(mpk)技术。纯硬件实现进程内安全内存隔离主要具有两个缺点，第一个是依赖特殊硬件支持。对于不支持相关特性的硬件平台，应用程序安全无法得到保护。第二个是性能开销高。在硬件层无法感知用户程序的语义信息，因此无法结合用户程序的特征减少安全检查带来的开销。如intel sgx技术，对于每一次内存访问时页表缓存(
4、学术界也有在软件层面实现进程内安全内存隔离的研究。传统方法通常通过编译器对应用程序的所有内存访问插桩来实现，但目前已有技术性能开销过高，且完备性差。论文efficient software-based fault isolation中，使用比较和分支指令来判断并拦截非法内存访问，然而分支指令容易会造成处理器流水线停滞；论文sok：shining light onshadow stacks中提出了一种策略，在内存访问前插入额外的内存访问指令，其地址合法性由目标地址合法性决定，通过内存管理单元(mmu)的保护机制实现拦截，此做法会造成额外内存访问；此外，这些技术都只对内存访问进行检查，忽略了攻击者可能通过内存系统调用(如mprotect)更改安全域内存属性的问题。
5、因此，针对上述现有技术的缺陷，如何实现不依赖特殊硬件支持、性能开销低的进程内安全内存隔离这个技术问题有待解决。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种进程内安全内存隔离方法和系统。
2、根据本专利技术提供的一种进程内安全内存隔离方法，包括：
3、执行流隔离步骤：为doms和domu内的程序提供隔离的栈以及上下文。并提供调用门实现从domu安全切换到doms；
4、内存访问插桩步骤：由编译器在domu的程序中内存访问的位置插入低开销的地址检测代码，若地址在doms内存范围内则进行拦截；
5、内存系统调用监控步骤：在内核中监控并拦截domu的程序通过内存系统调用更改doms内存区域属性的行为。
6、优选地，所述执行流隔离步骤包括：
7、步骤a1：应用程序在需要域切换时，手动调用调用门；
8、步骤a2：将所有寄存器值压入domu栈；
9、步骤a3：保存domu栈顶指针；
10、步骤a4：将栈顶指针指向doms栈，完成栈切换；
11、步骤a5：跳转到doms的程序入口。
12、优选地，所述内存访问插桩步骤包括：
13、步骤b1：对程序中每条内存访问指令进行改写，并拦截目标地址在doms内存区域内的情况；
14、步骤b2：进行循环优化，将循环体内的地址检查逻辑逐级外提，并根据区间边界大小对可合并的地址检查进行合并。
15、优选地，所述步骤b1，包括：
16、步骤b1.1：在原始的内存访问指令前插入地址范围判断逻辑addr&ms＝＝es(通常可通过按位与指令、比较指令来实现)。其中设ms代表doms私有内存区域的掩码，es代表doms私有内存区域的起始地址；
17、步骤b1.2：在原始的内存访问指令前插入条件传送指令，根据步骤b1.1的比较结果，将一个非法地址条件传送至目标地址寄存器；
18、步骤b1.3：保留原始的内存访问指令。
19、优选地，所述步骤b2内，循环优化的主要步骤包括：
20、步骤b2.1：识别所有可外提的检查。记检查操作c(xi，xj)表示检测地址区间[xi，xj]和doms的内存区域是否重叠，ran(e)表示e的值域。对于循环l内的c(xi，xj)，当ran(xi)和ran(xj)都满足下列形式之一，则c可被提升到循环l外：λ1：range(e)是l的循环不变量；λ2：range(e)＝{s，s+k，s+2k，…，s+nk}。
21、步骤b2.2：外提所有可外提的检查c。对于λ1形式，直接外提c。对于λ2形式，外提c并将其重写为c(min{s，s+nk}，max{s，s+nk})。外提操作将c从循环体内移至循环体外，且仅上升一级。
22、步骤b2.3：遍历每个基本块，识别各个基本块内的可合并检查。对于c1(a，b)和c2(c，d)，当且仅当c-a和d-b均为常数，或c-b为常数且小于doms私有内存区域大小时地址区间[a，b]和[c，d]可被合并。
23、步骤b2.4：遍历每个基本块，对其内部的可合并检查进行合并。c-a和d-b均为常数时，合并结果为[min(a，c)，max(b，d)]。c-b为常数且小于doms私有内存区域大小时，合并结果为[a，d]。
24、步骤b2.5：不断重复上述步骤，直到已无可外提的检查。
25、优选地，所述步骤内存系统调用监控步骤包括：
26、步骤c1：在程序初始化时，内核模块为doms中的程序和domu中的程序各生成一个键(key)；
27、步骤c2：key被放置在各个程序的全局偏移量(got)表中。其对应的内存页被设为只读；
28、步骤c3：当用户程序进行系统调用时，其key被压入用户栈以便于身份验证；
29、步骤c4：内核模块对内存区域相关系统调用进行拦截，检测操作合法性。其他系统调用直接放行；
30、步骤c5：内核模块首先根据key确定操作的主体是doms程序还是domu程序；
31、步骤c6：若是doms程序，则直接放行；
32、步骤c7：若是domu程序，则检测系统调用传入的内存区间与doms内存区域是否有重叠部分。如果有，则禁止操作。否则放行。
33、根据本专利技术提供的一种进程内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，执行流隔离步骤：
3.根据权利要求1所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，内存访问插桩步骤：
4.根据权利要求3所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，步骤B1：
5.根据权利要求3所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，步骤B2：
6.根据权利要求1所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，内存系统调用监控步骤：
7.一种进程内安全内存隔离的系统，其特征在于，包括：
【技术特征摘要】
1.一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，执行流隔离步骤：
3.根据权利要求1所述的一种进程内安全内存隔离的方法，其特征在于，内存访问插桩步骤：
4.根据权利要求3所述的一种进程内安全...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。