安卓用户空间的加固使得越来越多攻击者开始研究linux内核，这使得去年发现的安卓安全的漏洞，1/3都在内核上。在安卓8.0(Oreo)中，程序员们做出了巨大的努力来加固内核，以减少安全漏洞。
Android Nougat通过把内核和用户进程隔离开来，使用SELinux ioctl进行过滤，并请求seccomp-bpf的支持（能够在处理不受信任的输入时，过滤对系统调用的访问），以保护内核。安卓8.0重点关注内核上的保护，其中主要有4个安全加固特征，并在第一个发行版发布时，将之以补丁的形式发布所有支持的设备上。
加固用户复制功能
用户的复制功能原理是将用户空间的数据传输到内核中，然后再返回到用户空间中。从2014年开始，缺少或是不合理的边界检查已经导致了45%的安卓内核漏洞。加固的用户复制功能添加了边界检查，它可以帮助开发者定位误用并修复他们代码中的bug。当然，如果出现隐蔽的驱动bug，这些功能的加固使得这样的bug难以被利用。
这些特征在linux内核4.8版本中有介绍，我们将这些补丁打到了安卓的linux 3.18版本的内核上了。
int buggy_driver_function(void __user *src, size_t size)
{
/* potential size_t overflow (don’t do this) */
u8 *buf = kmalloc(size * N, GPF_KERNEL);
…
/* results in buf smaller than size, and a heap overflow */
if (copy_from_user(buf, src, size))
return -EFAULT;
/* never reached with CONFIG_HARDENED_USERCOPY=y */
}
上述是加固后的用户复制功能预防漏洞的一个例子。
Privileged Access Never(PAN)仿真
加固的用户复制功能能够帮助我们找到并防御安全问题，也能在开发者使用它们的时候起到作用。目前，所有的内核代码，包括驱动，都能直接访问用户空间的内存，这会导致各种各样的安全问题。
为了防御这个瓿，CPU供应商介绍了一些诸如
x86平台上的Supervisor Mode Access Prevention (SMAP)，ARM v8.1上的Privileged Access Never (PAN)。这些特征可以预防内核直接访问用户空间，并确保开发者访问它通过用户复制功能。不幸的是，这些特征还并没有在设备上得到广泛应用。
Linux的Upstream介绍一种使用软件模拟PAN在ARM版的4.3内核和ARM64版的4.10内核上的应用的方法。
使用加固的用户空间，PAN模拟能帮助我们在Pixel手机上的4个内核驱动上，找到并修复漏洞。
int buggy_driver_copy_data(struct mydata *src, void __user *ptr){ /* failure to keep track of user space pointers */ struct mydata *dst = (struct mydata *)ptr; … /* read/write from/to an arbitrary user space memory location */ dst->field = … ; /* use copy_(from|to)_user instead! */ … /* never reached with PAN (emulation) or SMAP */}
以上是PAN模拟防御安全漏洞的一个例子。
内核地址空间布局随机化(KASLR)
安卓使用了内核地址空间布局随机化这个技术已经好几年了。随机化的内存布局使得代码重用攻击不再一定起作用，也就使得攻击者尤其是远程攻击者更难进行利用。安卓8.0把这个特征带到了内核。Linux从3.14版本开始已经支持x86平台上的KASLR，ARM64平台上的KASLR也已经从4.6版本开始支持。安卓8.0使得KASLR在安卓内核4.4上和更新的版本开始受到支持。
KASLR通过在每次启动时随机化内核代码的地址来防御内核漏洞。例如，在ARM64平台上，它根据设备的内存配置，添加了13-25位的熵，这会使得代码重用攻击更加困难。
初始化时确定只读内存
最终的加固特征继承了内核已有的内存保护，这种保护机制通过在内核初始化后，创建标记为只读的内存区域。这使得开发者在初始化阶段，当数据需要可写权限时有可能改善保护机制，但在那之后不能再进行修改。使得可写的内存变得更少可以减少来自内核的攻击，使得漏洞利用更加困难。
在初始化时确定的只读内存在内核4.6中有介绍，我们把它移植到了安卓3.18内核以及更新的版本上。当我们应用这些保护机制到内核的一些数据结构上时，这一特征对于那些工作在内核驱动的开发岗位上的开发者非常有用。
总结
安卓O包含了防御内核上的大多数的安全漏洞机制。这非常重要，因为安卓上85%的内核安全漏洞来自于驱动供应商，并且缺少详细的代码审查。这些更新使得驱动开发者在开发时更容易发现公共的漏洞，并在它们到达用户设备之前阻止它。
本文由看雪翻译小组 梦野间 编译，来源Sami Tolvanen@Developer’s blog 转载请注明来自看雪社区