http://junhoahn.kr/noriwiki/index.php?action=history&feed=atom&title=FreeGuard%3A_A_Faster_Secure_Heap_Allocator 2026-05-22T00:10:40Z 이 문서의 편집 역사 MediaWiki 1.43.0 http://junhoahn.kr/noriwiki/index.php?title=FreeGuard:_A_Faster_Secure_Heap_Allocator&diff=1705&oldid=prev 2024-12-06T13:30:00Z

<p></p> <table style="background-color: #fff; color: #202122;" data-mw="interface"> <col class="diff-marker" /> <col class="diff-content" /> <col class="diff-marker" /> <col class="diff-content" /> <tr class="diff-title" lang="ko"> <td colspan="2" style="background-color: #fff; color: #202122; text-align: center;">← 이전 판</td> <td colspan="2" style="background-color: #fff; color: #202122; text-align: center;">2024년 12월 6일 (금) 13:30 판</td> </tr><tr><td colspan="2" class="diff-lineno" id="mw-diff-left-l1">1번째 줄:</td> <td colspan="2" class="diff-lineno">1번째 줄:</td></tr> <tr><td class="diff-marker" data-marker="−"></td><td style="color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #ffe49c; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div>[[분류: <del style="font-weight: bold; text-decoration: none;">시스템 논문</del>]]</div></td><td class="diff-marker" data-marker="+"></td><td style="color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #a3d3ff; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div>[[분류: <ins style="font-weight: bold; text-decoration: none;">ACM CCS</ins>]]</div></td></tr> <tr><td colspan="2" class="diff-side-deleted"></td><td class="diff-marker" data-marker="+"></td><td style="color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #a3d3ff; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div> </div></td></tr> <tr><td colspan="2" class="diff-side-deleted"></td><td class="diff-marker" data-marker="+"></td><td style="color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #a3d3ff; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div><ins style="font-weight: bold; text-decoration: none;"> CCS 2017</ins></div></td></tr> <tr><td class="diff-marker"></td><td style="background-color: #f8f9fa; color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #eaecf0; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><br></td><td class="diff-marker"></td><td style="background-color: #f8f9fa; color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #eaecf0; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><br></td></tr> <tr><td class="diff-marker"></td><td style="background-color: #f8f9fa; color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #eaecf0; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div>== 개요 ==</div></td><td class="diff-marker"></td><td style="background-color: #f8f9fa; color: #202122; font-size: 88%; border-style: solid; border-width: 1px 1px 1px 4px; border-radius: 0.33em; border-color: #eaecf0; vertical-align: top; white-space: pre-wrap;"><div>== 개요 ==</div></td></tr> </table>

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<p>새 문서: <a href="/noriwiki/index.php?title=%EB%B6%84%EB%A5%98:%EC%8B%9C%EC%8A%A4%ED%85%9C_%EB%85%BC%EB%AC%B8" title="분류:시스템 논문">분류: 시스템 논문</a> == 개요 == FreeGuard는 Secure하고 Performance를 동시에 추구하는 Memory allocator으로서, 기존의 Dieharder와 BSD Allocator의 단점을 분석하여 그에 따른 해결책을 내놓았다. == Motivation == C/C++ 처럼 많은 Unsafe한 Langauge들은 메모리 버그에 취약하다. 이를 Memory allocator의 디자인으로 막을 수 있다. == Importance == 기존의 있는 방식인 ASLR, Bum-pointer allocator, Sequential a...</p> <p><b>새 문서</b></p><div>[[분류: 시스템 논문]]<br /> <br /> == 개요 ==<br /> FreeGuard는 Secure하고 Performance를 동시에 추구하는 Memory allocator으로서, 기존의 Dieharder와 BSD Allocator의 단점을 분석하여 그에 따른 해결책을 내놓았다.<br /> <br /> == Motivation ==<br /> C/C++ 처럼 많은 Unsafe한 Langauge들은 메모리 버그에 취약하다. 이를 Memory allocator의 디자인으로 막을 수 있다.<br /> <br /> == Importance ==<br /> 기존의 있는 방식인 ASLR, Bum-pointer allocator, Sequential allocator, BiBOP allocator, OpenBSD Allocator, Linux Default Allocator들은 보안적인 요구와 성능에 대해서 Trade-off가 있었다. <br /> <br /> == Main Idea ==<br /> === Background ===<br /> ; Sequential allocator (Bump-pointer allocator)<br /> : Linux의 [[Slub allocator]], 혹은 Default MALLOC구현체에서 사용하는 방법으로 Freelist를 만들어서, 해제된 메모리가 다른 해제된 메모리를 가르키는 Freelist를 Data에 구현하는 것이다. 대부분의 Allocator들이 Metadata가 Object에 존재한다. 이 방식은 freelist찾기가 쉽고, Metadata관리가 쉬어서 빠른 성능을 보이지만, 한편으로는 Metadata가 그대로 노출되어 있기때문에 보안적으로 취약하다.<br /> ; BIBOP Allocator<br /> : [[BIBOP Allocator]]는 bitmap을 사용하여서, free된 오브젝트를 관리하는 방식이다. 각각의 비트맵은 같은 오브젝트 크기를 가지는 bags들을 가르키며 각 bags들의 오브젝트들이 free되었는지를 관리한다. 메타데이터가 오브젝트 내부에 위치한 Sequential allocator와는 다르게 메타데이터가 오브젝트와 분리되어 있어서, 보안적으로 우수하다. 그러나 bitmap을 관리하는 오버헤드가 커서 성능적으로 매우 느리다. 예시로 DieHarder와 같은 경우에는 수십%에서 최대 10x까지 오버해드가 발생하는 것으로 리포트된다.<br /> <br /> === Idea ===<br /> BIBOP스타일 처럼 각각의 bags들은 같은 크기를 가지고 오브젝트들은 bags들에 존재한다. 그러나 Free된 오브젝트를 관리하기 위해서 bitmap을 사용하는 것이 아니라 새로운 Memory layout design을 통해서 Sequential allocator처럼 freelist를 통해서 관리하도록 하였다. 이 freelist는 sequential allocator와는 다르게 분리되어 있기 때문에 보안적으로 우수하며, 성능적으로도 우수하다. <br /> <br /> == Design ==<br /> [[파일:스크린샷 2023-08-24 오후 3.58.45.png|섬네일|700픽셀]]<br /> ; Managing Small Objects<br /> : 분리된 freelist를 사용하며, heap layout를 정교하게 작성하여서 metadata접근이 빠르게 가능하도록 하였다. FreeGuard는 메모리를 크게 잡아두고, 여러 부분으로 쪼개서 사용하였다. 각각의 SuperHeap은 내부적으로 subheap이 존재하고, subheap은 per-thread로 존재하도록 디자인 하였다. Super heap (64 * 128MB)는 subheap (64MB) 128개로 이루어져 있으며, 각각의 sub-heap은 다시 4MB의 Bag들로 이루어져 있다. 각각의 4MB Bag은 다시 2, 4 ... 512KB 크기를 가지는 오브젝트를 담도록 설계되었다. 이 layout은 constant time에 metadata를 찾을 수 있도록 하는데, 이유는 우선 MMAP을 사용해서 크게 SuperHeap들을 나누어 두고, thread idex로 subpage를 찾기 때문이다. 따라서 Address주소만으로 해쉬와 같은 방법 없이 Metadata를 탐색할 수 있다.<br /> <br /> ; Randomization<br /> : Guard page들이 Random하게 각각의 bag사이의 페이지들에 삽입되게 하였다. 또한 Freelist와 같은 메타데이터의 위치를 랜덤하게 설정하여서 추가적인 보안위협에 대처하였다.<br /> <br /> ; Managing Large Objects<br /> : 512KB를 넘어서는 큰 오브젝트의 경우에는 MMAP을 사용하여서 구현하였다. Large page는 MMAP을 통해서 ASLR과 Guard page를 사용하도록 하여서, 보안적인 위협에 대처하였다. 이는 DieHard와 OpenBSD와 같은 정책이다. 각각의 오브젝트의 크기를 추적하기 위해서 hash를 사용하였다. <br /> <br /> == Result ==<br /> 성능은 유사하나, Memory overhead는 평균 20% 최대 3x 정도 벌어지는 결과가 나왔다. <br /> <br /> === Reasons for the memory overhead ===<br /> # FreeGuard는 분리된 freelists와 bump pointer를 사용하며, Randomization을 위해서 4개를 유지함<br /> # ASLR을 위해서 메모리에 Fragmentation이 일어나서, free할경우 Re-utilization이 떨어질 수 있음<br /> # BIBOP Allocator의 Fragmentation도 중요한 Issue일 것 같은데... 논문에는 안 나와 있어서 확신할 순 없음<br /> # 그외에, 자잘한 카나리로 인한 오버헤드, Large memory allocator의 Fragmentation이슈들이 있다.<br /> <br /> == Conclusion ==<br /> === Limitation ===<br /> # Freelist가 노출된다는 점. 이는 /proc/PID/maps를 확인함으로서 더욱 잘 알 수 있다. Randomization이 이를 막긴 하지만 한계가 있을 것임<br /> # 메모리 오버헤드가 예측 가능하지 않으며 특정 케이스에서는 매우 큼. 즉 Secure, Fast, Memory overhead의 trade-off를 생각해야 함<br /> # 기존 Work과 비교해서, Use-after-free버그는 못 막고(vs CLING) Randomization은 더 취약함(vs DieHarder, OpenBSD) <br /> <br /> === Advantages ===<br /> 시스템 콜 수를 줄이고, Memory layout을 통해서 Constant metadata access가 가능하게 하여서 빠르고 안전한 메모리 Allocator을 만들어 기존 Work들을 Advance한 Memory Allocator을 만들었다.</div>

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