怎么利用硬件防御ROP 详解HA-CFI技术

Rop是借鉴淘宝开发平台实现的全功能Rest Web Service 开源框架，提供了请求/响应序列化、数据检验、会话管理、安全管理等高级主题的东西。

前言

随着漏洞缓解技术的不断发展，常用的一些漏洞利用手段如ROP变得越来越困难，来自ENDGAME的Cody Pierce发表了一篇[博客]，称ROP的末日已经来临，新的漏洞缓解技术将有效应对未知的漏洞威胁，并宣布他们实现了一种全新利用硬件辅助的控制流完整性的防御机制HA-CFI。

不过这种论调向来是要打自己脸的，因为总有新的漏洞利用方式出炉，永远不能低估黑客的想象力。比如Flash推出的一系列漏洞缓解机制中仍然存在漏洞，这就很尴尬了(CVE-2016-4249，详情可参考古河在HitCon上的演讲)。

知己知彼，百战不殆。只有充分了解新的漏洞缓解机制，才能有更好的思路去绕过，才能对未来发展新的防御机制更有启发。

控制流完整性

控制流完整性(Control Flow Integrity, CFI)是由加州大学和微软公司于2005年提出的一种防御控制流劫持攻击的安全机制。通过监视程序运行过程中的控制流转移过程，使其始终处于原有控制流图所限定的合法范围内。

具体的做法是分析程序的控制流图，重点关注间接转移指令，如间接跳转、间接调用和函数返回等指令，获取相应的白名单。在程序运行过程中对间接转移指令的目标进行检查核对，而攻击者对控制流的劫持会导致目标不在白名单中，此时CFI可迅速进行阻断，保证系统安全。

一般来说，控制流完整性可分为细粒度和粗粒度两种实现方式。细粒度CFI严格检查每一个间接转移指令的转移目标，但会严重影响程序的执行效率;粗粒度CFI将一组或相近类型的目标归到一起进行检查，可在一定程度上降低开销，但会使安全性降低。

基于硬件的CFI

早期一些CFI思路是基于二进制插桩的，最简单粗暴的方式是在每条控制流转移指令前插入检验代码，判断目标地址的合法性。但这种方式的开销实在太大，难以在实际中部署。因此研究人员提出的一些改进方法均在效率上进行了妥协，放宽了检查条件。实质上都是粗粒度的CFI，实际效果会打折扣，可被攻击者利用绕过。

既然CFI受制于效率，那么是否可以引入硬件机制来提高效率呢?毕竟相比二进制插桩的方式，硬件的开销几乎是可以忽略的，但前提是我们必须找到可行的实施方案。这就需要对处理器平台上的一些技术细节有所了解。

Intel为了让用户能够更好的对应用程序的性能进行优化，提供了一系列辅助调试的硬件支持，这里着重介绍LBR(Last Branch Record)、BTS(Branch Trace Store)和PMU(Performance Monitoring Unit)，早期的一些研究都是在这些基础上开展的。