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[7892] 2014-03-21_ASLR在Windows与Linux系统之间的差别

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-17
2014-03-21_ASLR在Windows与Linux系统之间的差别 A S L R 在 W i n d o w s 与 L i n u x 系 统 之 间 的 差 别 F r e e B u f   2 0 1 4 - 0 3 - 2 1 作 者 作 者   T a s k i l l e r         H i   基 友 们 ， 我 在 基 友 们 ， 我 在 上 篇 文 章 上 篇 文 章 中 讨 论 了 中 讨 论 了 L i n u x 平 台 上 平 台 上 N X 的 特 性 。 我 们 已 经 知 道 一 般 情 况 下 的 特 性 。 我 们 已 经 知 道 一 般 情 况 下 N X （ （ W i n d o w s 平 台 上 称 其 为 平 台 上 称 其 为 D E P ） 和 地 址 空 间 分 布 随 机 化 （ ） 和 地 址 空 间 分 布 随 机 化 （ A S L R ） 会 同 时 工 作 ， 所 以 也 值 得 看 一 下 ） 会 同 时 工 作 ， 所 以 也 值 得 看 一 下 A S L R 在 在 L i n u x 平 台 是 如 何 工 作 的 。 平 台 是 如 何 工 作 的 。 事 实 证 明 ， L i n u x 上 A S L R 的 实 现 与 W i n d o w s 上 的 有 些 显 著 的 差 异 。         在 W i n d o w s 平 台 ， A S L R 不 会 影 响 运 行 时 的 性 能 ， 只 是 会 拖 慢 模 块 加 载 的 速 度 。 根 据 文 档 《 W i n d o w s   I S V S o f t w a r e   S e c u r i t y D e f e n s e s 》 的 描 述 ， 要 使 W i n d o w s 上 的 程 序 或 库 兼 容 A S L R 特 性 ， 只 需 要 在 链 接 时 添 加 了 / D Y N A M I C B A S E 选 项 。         通 常 情 况 下 ， A S L R 不 会 影 响 性 能 ， 在 某 些 运 行 3 2 位 系 统 的 场 景 中 甚 至 会 有 一 些 性 能 提 高 。 但 是 在 运 行 比 较 慢 的 系 统 中 ， 当 有 很 多 图 片 需 要 加 载 到 随 机 地 址 时 ， 可 能 会 产 生 卡 顿 现 象 。 因 为 要 考 虑 图 像 的 数 据 和 大 小 等 因 素 ， 我 们 很 难 量 化 A S L R 对 性 能 的 影 响 。 但 是 其 对 堆 或 栈 随 机 化 的 性 能 影 响 可 以 说 是 微 乎 其 微 的 。         因 此 ， 我 们 当 然 没 有 理 由 在 链 接 时 不 使 用 / D Y N A M I C B A S E 选 项 来 启 用 A S L R 了 。 启 用 / D Y N A M I C B A S E 后 ， 模 块 的 加 载 地 址 是 随 机 的 ， 也 就 没 那 么 容 易 受 到 R O P （ R e t u r n O r i e n t e d   P r o g r a m m i n g ） 攻 击 了 。 所 以 我 们 建 议 所 有 W i n d o w s 应 用 程 序 在 编 译 时 都 启 用 D E P 和 A S L R ， 以 及 其 它 在 文 档 《 W i n d o w s   I S V   S o f t w a r e   S e c u r i t y   D e f e n s e s 》 中 指 出 的 所 有 安 全 属 性 。 如 果 程 序 在 编 译 时 没 有 使 用 / D Y N A M I C B A S E 选 项 ， 用 户 也 可 以 通 过 使 用 微 软 的 E M E T 强 制 其 启 用 A S L R 。         在 L i n u x 平 台 ， A S L R 会 给 系 统 带 来 性 能 损 耗 ， 这 种 损 耗 在 x 8 6 架 构 上 尤 其 大 ， 也 最 容 易 被 感 知 。 要 使 L i n u x 程 序 在 运 行 时 兼 容 A S L R ， 其 在 编 译 时 必 须 指 定 P I E （ P o s i t i o n I n d e p e n d e n t   E x e c u t a b l e ） 选 项 。 根 据 论 文 《 T o o m u c h   P I E   i s   b a d   f o r   p e r f o r m a n c e 》 [ P D F ] ， “ 我 们 的 分 析 显 示 ， 3 2 位 的 x 8 6 系 统 上 过 量 的 P I E 会 带 来 高 于 基 准 2 6 % 的 性 能 开 销 ， 而 一 般 平 均 开 销 （ 统 计 数 据 ） 为 1 0 % 左 右 。 大 概 是 由 于 这 种 潜 在 的 性 能 损 失 ， L i n u x 发 行 版 并 没 有 对 所 有 可 执 行 文 件 启 用 P I E 特 性 。 例 如 ， 在 U b u n t u 系 统 上 ， “ 在 拥 有 少 量 寄 存 器 的 架 构 上 （ 如 x 8 6 ） P I E 有 较 大 （ 5 % - 1 0 % ） 性 能 损 耗 ， 所 以 这 种 特 性 只 用 于 那 些 事 关 安 全 的 重 要 的 软 件 包 … … ” R e d H a t 系 统 也 持 系 统 也 持 类 似 观 点 类 似 观 点 ： ：         F e d o r a 工 程 指 导 委 员 会 （ T h e   F e d o r a   E n g i n e e r i n g   S t e e r i n g   C o m m i t t e e ） 维 护 着 一 个 保 守 的 软 件 包 列 表 ， 这 个 列 表 中 的 软 件 在 编 译 时 必 须 使 用 G C C 的 安 全 特 性 。 不 在 这 个 列 表 中 的 软 件 ， 其 安 全 特 性 在 软 件 包 的 描 述 中 启 用 。 目 前 对 哪 些 二 进 制 程 序 需 要 使 用 这 些 安 全 增 强 特 性 还 没 有 达 成 一 个 共 识 ， 因 此 这 种 程 序 的 使 用 也 就 成 了 一 个 有 争 议 的 话 题 。 大 多 数 争 论 可 以 简 单 概 括 为 使 用 这 些 安 全 特 性 带 来 的 性 能 损 耗 是 否 值 得 。         既 然 A S L R 的 目 标 是 使 可 执 行 程 序 在 执 行 时 位 于 一 个 不 可 预 知 的 地 址 ， 为 什 么 W i n d o w s 上 与 L i n u x 上 的 实 现 会 有 这 么 大 的 差 别 呢 ？ 很 重 要 的 一 点 是 W i n d o w s 上 的 A S L R 是 一 个 链 接 时 （ l i n k - t i m e ） 选 项 ， 而 在 L i n u x 上 是 一 个 编 译 时 （ c o m p i l e - t i m e ） 选 项 。 在 W i n d o w s 上 ， 代 码 在 运 行 时 因 重 定 位 才 被 p a t c h 。 但 在 L i n u x 与 U n i x 的 世 界 ， 该 技 术 被 称 为 t e x t 重 定 位 。 在 L i n u x 上 ， A S L R 用 不 同 的 方 式 实 现 ， 除 了 在 代 码 运 行 时 p a t c h ， 其 在 编 译 时 就 用 某 种 方 式 使 其 地 址 无 关 。 也 就 是 说 ， 可 以 将 其 加 载 到 内 存 地 址 的 任 意 位 置 ， 都 可 以 正 常 运 行 。         至 少 在 x 8 6 平 台 ， 这 种 地 址 无 关 功 能 是 通 过 一 个 通 用 寄 存 器 实 现 的 ， 而 程 序 少 用 一 个 寄 存 器 就 无 法 正 常 运 行 了 。 这 种 限 制 在 寄 存 器 少 的 架 构 上 最 明 显 ， 如 x 8 6 平 台 。         为 什 么 L i n u x 开 发 者 选 择 使 用 这 种 技 术 实 现 A S L R ？ 在 大 多 数 情 况 下 ， 安 全 其 实 就 是 一 种 权 衡 。 由 于 t e x t 重 定 位 涉 及 到 p a t c h i n g ， 加 载 这 种 模 块 会 触 发 “ 写 时 拷 贝 （ c o p y - o n - w r i t e ） ” ， 因 此 增 加 了 系 统 的 内 存 占 用 。 地 址 无 关 代 码 不 需 要 p a t c h i n g ， 因 此 不 会 触 发 “ 写 时 拷 贝 ” 。 要 了 解 L i n u x 上 地 址 无 关 代 码 的 实 现 细 节 ， 以 及 其 与 加 载 时 （ l o a d - t i m e ） 重 定 位 的 比 较 ， 可 以 参 考 E l i B e n d e r s k y 的 博 文 ： 《 P o s i t i o n I n d e p e n d e n t   C o d e   ( P I C )   i n   s h a r e d   l i b r a r i e s 》 。
对 大 多 数 L i n u x 用 户 来 说 这 意 味 着 什 么 ？ 1 . 在 大 部 分 L i n u x 发 行 版 上 ， A S L R 并 不 像 在 W i n d o w s 系 统 上 那 么 普 遍 。 2 . 在 L i n u x 系 统 上 没 办 法 强 制 启 用 A S L R 特 性 ， 但 在 W i n d o w s 上 用 E M E T 可 以 做 到 。         读 者 需 要 了 解 的 是 ， 随 着 时 间 的 推 移 ， 该 特 性 在 x 8 6 架 构 上 正 变 得 没 那 么 重 要 了 。 因 为 地 址 无 关 代 码 不 会 使 x 8 6 _ 6 4 架 构 产 生 明 显 性 能 损 耗 ， 因 为 x 8 6 _ 6 4 几 乎 有 两 倍 于 x 8 6 架 构 的 寄 存 器 ， 而 且 与 x 8 6 架 构 不 同 ， x 8 6 _ 6 4 架 构 支 持 P C 相 关 的 地 址 策 略 ， 可 以 使 系 统 对 A S L R 的 使 用 几 乎 变 得 无 处 不 在 。 感 谢 T h e   P a x   T e a m 对 本 文 提 供 的 信 息 。 [ v i a   c e r t ] 阅 读 原 文
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