[논문]Rust와 C/C++간 안전한 상호작용에 관한 연구의 맹점과 개선 모델 연구

노태현; 이호준

doi:10.13089/jkiisc.2023.33.2.345

Rust와 C/C++간 안전한 상호작용에 관한 연구의 맹점과 개선 모델 연구
Limitations and Future Work Suggetion on Safe Interaction Model between Rust and C/C++ 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.33 no.2, 2023년, pp.345 - 351

노태현 (성균관대학교) , 이호준 (성균관대학교)

초록
AI-Helper

소프트웨어 개발이 가속화되고 프로그램들이 기하급수적으로 복잡해짐에 따라 취약점을 줄이고, 관리하는 비용도 같이 증가하였다. 이러한 흐름에서, 기존의 C/C++ 와 같이 비교적 취약점을 내포하기 쉬운 언어를 대체하고 소프트웨어의 안정성을 높이기 위해서 제시된 것이 바로 Memory Safety를 보장하는 Rust 프로그래밍 언어이다. 하지만, 구식 언어들과의 호환성 및 개발의 편리함을 높이기 위해 C/C++로 작성된 라이브러리를 Rust에서도 사용할 수 있도록 지원하고 있는데, 이러한 다중 언어 환경에서는 Rust 또한 안전하지 않다. C/C++에서 발생한 메모리 오염이 Rust 내에서 Null-pointer 역참조, Use-After-Free 및 Buffer-overflow 문제 등을 발생시킬 수 있는 원인이 된다. 이를 해결하기 위해 여러 Rust-C/C++ 격리 연구가 진행되었으나, 아직 기초 단계이다. 본 논문에서는 선행 연구들을 분석하여 공통적으로 간과된 맹점들을 실제 코드 분석과 함께 소개하고, 이를 바탕으로 Rust와 C/C++간의 안전한 상호작용 모델 연구의 올바른 방향을 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As software development progresses and programs become increasingly complex, the cost of reducing and managing software vulnerabilities has also increased. To address this issue, the Rust programming language, which guarantees Memory Safety, has been suggested as an alternative for more error-prone languages such as traditional C/C++. However, Rust also supports the use of libraries written in C/C++ to enhance compatibility with older languages and avoid redundant development, compromising its original guarantees. For example, memory corruption happened in C/C++ can lead to exploits such as buffer overflow, Use-After-Free and null-pointer dereferecing. To tackle this problem, recent studies have been conducted to secure interactino between Rust and C/C++ by isolation. This paper uncovers areas that have not been fully explored in previous studies, following limitation analysis on each. Finally, this paper suggests the future direction of research on safe interaction between Rust and C/C++.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Attack Scenarios between Rust and C/C++
그림 Fig. 2. A FFI definition of "Evaluate" function, which is one of SpiderMonkey API.
표 Table 1. Comparison of Security Characteristics on Recent Rust-C/C++ Protection Models
그림 Fig. 3. Simplified examples that pass a pointer of dynamically sized types from Servo(line 6). JS_* functions are FFI functions.
그림 Fig. 4. Rust-defined callbacks that are stored in Servo's FFI types.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 Rust와 C/C++의 상호작용 모델의 안정성을 향상시키는 연구들을 비교 분석하고 그 한계점을 설명했다. 그리고 제시된 해결책들은 외부 함수 인터페이스의 중요성에 대해서 고려하지 않아, 프로그래밍 및 상호작용 모델의 다양성이 저하되는 결과를 가져왔다.

제안 방법

다음 문단에서는 Servo 오픈 소스 브라우저의 코드와 함께 과소평가된 Rust-C/C++ 상호작용 패턴에는 어떤 것들이 있고, 안전한 외부 함수 인터페이스를 만드는데 어떤 영향을 미치는지 알아본다.
본 논문의 위협 모델은 C/C++ 라이브러리에 적용할 수 있는 보안 기술과 무관하게, 그림 1과 같이 값을 공유하고 외부 함수를 호출하는 것으로부터 시작되는 모든 공격 가능성을 열어두고있다. 각 공격은 공유되지 않은 Rust의 데이터에 접근하거나, 임의의 Rust 함수를 실행함으로서 목적을 달성한다.

성능/효과

본 논문에서는 Rust와 C/C++의 상호작용 모델의 안정성을 향상시키는 연구들을 비교 분석하고 그 한계점을 설명했다. 그리고 제시된 해결책들은 외부 함수 인터페이스의 중요성에 대해서 고려하지 않아, 프로그래밍 및 상호작용 모델의 다양성이 저하되는 결과를 가져왔다. 그렇다고 해서 기존의 C/C++ 취약점 연구의 성과를 해당 문제에 그대로 적용한다면, 그것 또한 메모리 취약점의 근본적인 원인을 새로운 보안 개념 추상화를 통해 제거하려 했던 Rust의 개발 의도와 무관한 방향으로 가게 된다.

후속연구

그렇다고 해서 기존의 C/C++ 취약점 연구의 성과를 해당 문제에 그대로 적용한다면, 그것 또한 메모리 취약점의 근본적인 원인을 새로운 보안 개념 추상화를 통해 제거하려 했던 Rust의 개발 의도와 무관한 방향으로 가게 된다. 따라서 효과적으로 Rust의 독특한 기능들을 살리면서 안전한 외부 상호작용을 하기 위해서는 전역 상태와 그에 종속된 데이터들의 연관성이 안전성을 해칠 수 있는 수단이 되지는 않는지, C/C++에서 사용되는 불안전한 데이터를 어떻게 Rust의 수명 및 불변성 개념과 이을 것인지, 새로운 격리 프레임워크에서는 콜백 함수들에 대해 어떤 원칙을 적용할 것인지 등을 하나씩 짚어보아야 다한. 앞서 말한 외부 함수 인터페이스와 상호작용 모델을 꼼꼼히 고려한다면 Rust-C/C++ 문제를 해결하는 유기적인 방안이 나올 수 있다.

참고문헌 (18)

N. D. Matsakis and F. S. Klock, "The rust language," ACM SIGAdaAda Letters, vol. 34, no. 3, pp. 103-104, Dec. 2014.
J. Meyerson, "The go programming language," IEEE software, vol. 31, no. 5, pp. 104-104, Sept-Oct. 2014

상세보기
Kotlin Language Documentation, https://kotlinlang.org/docs/kotlin-pdf.html, 02. 12. 2023,
"Sustainability with Rust | AWS Open Source Blog", . https://aws.amazon.com/blogs/opensource/sustainability-with-rust/, 02. 11. 2023
Discord Inc., Discord, https://discord.com, 02. 11. 2023
"[GIT PULL] Rust Introduction for v6. 1-Rc1 - Kees Cook.", https://lore.kernel.org/lkml/202210010816.1317F2C@keescook/, 02. 20. 2023
Jung, Ralf, et al. "RustBelt: Securing the foundations of the Rust programming language," Proceedings of the ACM on Programming Languages2, POPL, pp. 1-34. Jan. 2018.
Servo, https://github.com/servo. 02. 20. 2023
Mozilla Spidermonkey JavaScript Engine, https://spidermonkey.dev/,02. 20. 2023
M. Papaevripides and E. Athanasopoulos, "Exploiting mixed binaries," ACM Transactions on Privacy and Security (TOPS), vol. 24, no. 2, pp. 1-29, May. 2021.

상세보기
Mergendahl, Samuel, Nathan Burow, and Hamed Okhravi, "Cross-language attacks," Proceedings 2022 Network and Distributed System Security Symposium. NDSS, Vol. 22, pp. 1-17, 2022.
Paul Kirth, Mitchel Dickerson, Stephen Crane, Per Larsen, Adrian Dabrowski, David Gens, Yeoul Na, Stijn Volckaert, and Michael Franz, "PKRU-safe: automatically locking down the heap between safe and unsafe languages. In Proceedings of the Seventeenth European Conference on Computer Systems," Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, pp. 132-148, 2022.
Rivera, Elijah, et al, "Keeping safe rust safe with galeed," Annual Computer Security Applications Conference, pp. 824-836, 2021.
Benjamin Lamowski, Carsten Weinhold, Adam Lackorzynski, and Hermann Hartig. "Sandcrust: Automatic Sandboxing of Unsafe Components in Rust. In Proceedings of the 9th Workshop on Programming Languages and Operating Systems," Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, pp. 51-57, 2017.
Hussain M. J. Almohri and David Evans, "Fidelius Charm: Isolating Unsafe Rust Code," Proceedings of the Eighth ACM Conference on Data and Application Security and Privacy (CODASPY '18), Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, pp. 248-255, 2018.
Jonathan Corbet. 2015. Intel Memory Protection Keys. https://lwn.net/Articles/643797/. 02. 20. 2023
R. Joseph Connor, Tyler McDaniel, Jared M. Smith, and Max Schuchard, "PKU Pitfalls: Attacks on PKU-based Memory Isolation Systems," 29th USENIX Security Symposium (USENIX Security 20), USENIX Association, pp. 1409-1426, 2020.
Landi, William, and Barbara G. Ryder, "Pointer-induced aliasing: A problem classification," Proceedings of the 18th ACM SIGPLAN-SIGACT symposium on Principles of programming languages, pp. 93-103, 1991

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