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HAL の分離によるセキュリティ向上の仕組み
2017年8月3日木曜日
この記事は Android セキュリティ シニア ソフトウェア エンジニア、Jeff Vander Stoep による Android Developers Blog の記事 "
Shut the HAL Up
" を元に翻訳・加筆したものです。詳しくは元記事をご覧ください。
セキュリティにアップデートは不可欠ですが、端末メーカーにとってアップデートは費用のかさむ困難なものになる場合があります。
Project Treble
は、基盤となるベンダー実装を Android のコア フレームワークから分離して、アップデートを容易にするものです。このモジュール化技術によって、プラットフォームとベンダーが提供するコンポーネントを別々にアップデートできるようになります。高速かつ簡単にアップデートできるのはすばらしいことですが、Treble によるモジュール化はさらに、セキュリティの向上も考慮した設計になっています。
HAL の分離
ハードウェア抽象化レイヤー
(HAL)は、デバイスを意識しないコードと、デバイス固有のハードウェア実装との間のインターフェースを提供します。通常、HAL は共有ライブラリとしてパッケージ化されています。HAL はハードウェアとのインタラクションを必要とするプロセスによって直接読み込まれ、プロセスレベルでセキュリティ境界が適用されます。そのため、HAL がプロセスに読み込まれると、そのプロセスと同じセキュリティ コンテキストで実行されることになります。
プロセス内で複数の HAL を実行する従来の方法では、それぞれのプロセス内 HAL が必要とするすべてのパーミッションがプロセスに必要でした。これには、カーネル ドライバへの直接アクセス パーミッションも含まれます。また同じように、プロセス内のすべての HAL には、他のプロセスと同じパーミッション セットへのアクセスが必要になります。これには、他のプロセス内 HAL が必要とするパーミッションも含まれます。その結果、プロセスや HAL に過剰なパーミッションが与えられることになり、本来アクセスすべきではないパーミッションやハードウェアにもアクセスできることになります。
図 1
. 1 つのプロセスに複数の HAL が存在する従来の方法
HAL をそれぞれのプロセスに移動すると、
最小権限の原則
の実現に近づくことになります。これには、2 つのメリットがあります。
各 HAL はそれぞれのサンドボックス内で実行され、自身が制御するハードウェア ドライバのみへのアクセスを許可されます。また、プロセスに与えるパーミッションも、ジョブの実行に必要なパーミッションに限定できます。
同じように、プロセスは HAL が必要とするハードウェア ドライバなどのパーミッションや機能にアクセスできなくなります。
図 2
. 各 HAL をそれぞれのプロセス内で実行
HAL をそれぞれのプロセスに移動することには、セキュリティの面で大きなメリットがある一方、クライアント プロセスと HAL との間で IPC によるオーバーヘッドが増加するという代償もあります。HAL とクライアント間の IPC は、
binder ドライバの改善
によって実用レベルになりました。binder に scatter-gather が導入されたことによって、シリアライズやデシリアライズのステップが不要になり、データのコピー命令の回数が 3 回から 1 回に減るため、各トランザクションのパフォーマンスが向上します。さらに、Android O では、ベンダーのコンポーネントとプラットフォームのコンポーネントに対して別々の通信ストリームを提供するために、binder ドメインも導入されています。アプリや Android フレームワークは引き続き /dev/binder を利用しますが、ベンダーが提供するコンポーネントは、/dev/vndbinder を使うことになります。プラットフォームのコンポーネントとベンダーのコンポーネント間の通信には、/dev/hwbinder を使う必要があります。その他の手段によるプラットフォームとベンダー間の IPC は許可されません。
事例紹介: システム サーバー
コア Android OS がアプリに提供するサービスの多くは、システム サーバーが提供しています。Android が拡大するにつれて、システム サーバーの機能とパーミッションも拡大しているため、システム サーバーは
攻撃者
の格好のターゲットになっています。Project Treble の一環として、センサー、GPS、指紋、Wi-Fi などの HAL を含むおよそ 20 の HAL がシステム サーバーから分離されています。以前は、これらの HAL のいずれかに欠陥があると、特権のあるシステム パーミッションを得ることができました。しかし、Android O のパーミッションは、特定の HAL が必要とするパーミッションのサブセットに制限されます。
事例紹介: メディア フレームワーク
Android Nougat で行われた
メディア スタックの保護強化
に向けた取り組みは、Android O でも引き続き実施されています。Nougat では、mediaserver が複数のコンポーネントに分割され、最小権限の原則に近づきました。オーディオ ハードウェアへのアクセスは audioserver に限られ、カメラ ハードウェアへのアクセスは cameraserver に限られる、といった具合です。Android O では、直接ハードウェア アクセスのほとんどがメディア フレームワークから完全に削除されています。たとえば、オーディオ、カメラ、DRM 用の HAL は、それぞれ audioserver、cameraserver、drmserver の外に移されています。
カーネル攻撃対象領域の削減と分離
Android でセキュリティ モデルを適用しているのは、主に Linux カーネルです。サンドボックス メカニズムを抜け出そうとする試みの多くは、カーネルへの攻撃に関連があります。Android カーネルの脆弱性
分析
から、脆弱性の多くは圧倒的にハードウェア ドライバで発生し、ハードウェア ドライバ経由で悪用されていることがわかっています。
システム サーバーとメディア フレームワークに特権を与えないことが重要になるのは、これらがインストールされたアプリと直接インタラクションを行うためです。ハードウェア ドライバへの直接アクセスを削除することによって、バグの影響範囲が少なくなり、Android のセキュリティ モデルにもう 1 つの防御レイヤーが追加されることになります。
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