Týr : a dependent type based code transformation for spatial memory safety in LLVM

• Main Author: Araújo, Vítor Bujés Ubatuba de
• Publication Date: 2018
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Download full: http://hdl.handle.net/10183/174477
• topic: Memoria : Computadores; Dependent types; Systems programming; Program transformation; Memory safety

A linguagem C não provê segurança espacial de memória: não garante que a memória acessada através de um ponteiro para um objeto, tal como um vetor, de fato pertence ao objeto em questão. Em vez disso, o programador é responsável por gerenciar informações de alocações e limites, e garantir que apenas acessos válidos à memória são realizados pelo programa. Por um lado, isso provê flexibilidade: o programador tem controle total sobre o layout dos dados em memória, e sobre o momento em que verificações são realizadas. Por outro lado, essa é uma fonte frequente de erros e vulnerabilidades de segurança em programas C. Diversas técnicas já foram propostas para prover segurança de memória em C. Tipicamente tais sistemas mantêm suas próprias informações de limites e instrumentam o programa para garantir que a segurança de memória não seja violada. Isso causa uma série de inconvenientes, tais como mudanças no layout de memória de estruturas de dados, quebrando assim a compatibilidade binária com bibliotecas externas, e/ou um aumento no consumo de memória. Uma abordagem diferente consiste em usar tipos dependentes para descrever a informação de limites já latente em programas C e assim permitir que o compilador use essa informação para garantir a segurança espacial de memória. Embora tais sistemas tenham sido propostos no passado, eles estão atrelados especificamente à linguagem C. Outras linguagens, como C++, sofrem de problemas similares de segurança de memória, e portanto poderiam se beneficiar de uma abordagem mais independente de linguagem. Este trabalho propõe Týr, uma transformação de código baseada em tipos dependentes para garantir a segurança espacial de memória de programas C ao nível LLVM IR. O sistema permite que o programador descreva no nível dos tipos as relações entre pointeiros e informação de limites já presente em programas C. Dessa maneira, Týr provê segurança espacial de memória verificando o uso consistente desses metadados pré-existentes, através de verificações em tempo de execução inseridas no programa guiadas pela informação de tipos dependentes. Ao trabalhar no nível mais baixo do LLVM IR, Týr tem por objetivo ser usável como uma fundação para segurança espacial de memória que possa ser facilmente estendida no futuro para outras linguagens compiláveis para LLVM IR, tais como C++ e Objective C. Demonstramos que Týr é eficaz na proteção contra violações de segurança espacial de memória, com um overhead de tempo de execução relativamente baixo e de consumo de memória próximo de zero, atingindo assim um desempenho competitivo com outros sistemas para segurança espacial de memória de uma maneira mais independente de linguagem.