设备驱动程序中不安全DMA访问的静态检测
摘要
直接内存访问（DMA）是一种常用的提高硬件I/O性能的机制，已经被许多现有的设备驱动程序广泛使用。然而，从两个方面来看，DMA访问可能是不安全的。不一致DMA访问：首先，如果DMA缓冲区与硬件寄存器和CPU缓存没有正确同步，CPU缓存和硬件寄存器中存储的缓冲区数据可能不一致，这可能会导致意外的硬件行为。其次，不受限制的DMA访问：出现故障或不受信任的硬件设备可能会将坏数据写入系统内存，如果驱动程序在未正确验证的情况下使用数据，则会触发安全漏洞（如缓冲区溢出和无效指针访问）。要检测不安全的DMA访问，需要解决一些关键挑战。例如，由于每个DMA访问在驱动程序代码中实现为常规变量访问，因此很难识别DMA访问。
在本文中，我们提出了一种称为SADA的静态分析方法，用于自动准确地检测设备驱动程序中的不安全DMA访问。SADA包括三个基本步骤。首先，根据DMA缓冲区创建的信息，使用基于字段的别名分析来识别DMA访问。其次，SADA使用流敏感和基于模式的分析来检查每个DMA访问的安全性，以检测可能的不安全DMA访问。最后，使用SMT解算器验证每个可能的不安全DMA访问的代码路径条件，以消除误报。我们已经评估了Linux 5.6的驱动程序代码，并发现了284个真正的不安全DMA访问。其中，我们强调121可以触发缓冲区溢出错误，36可以触发无效指针访问，导致任意读取或写入。我们已经向Linux驱动程序开发人员报告了这些不安全的DMA访问，其中105个已经确认。
主要内容
目前还没有系统的静态方法来检测不安全的DMA访问。