ARM64安全特性之SMAP
ARM64 SMAP（Supervisor Mode Access Prevention）是一种安全扩展，用于在ARM64架构中限制特权模式下的内存访问。它的目的是防止特权模式下的恶意软件或漏洞利用程序访问受限内存区域，从而提高系统的安全性。
SMAP的主要原理是通过设置特殊的访问权限位（AP位）来限制特权模式下的内存访问。在ARM64架构中，每个物理内存页都有对应的访问权限位，用于控制不同模式下的内存访问。SMAP通过将特权模式下的AP位设置为只读或禁止访问，可以防止特权软件访问受保护的内存区域。
具体来说，SMAP通过以下步骤实现内存保护：
1. 特权级别设置
在SMAP启用的系统中，特权级别分为EL0（用户模式）和EL1（特权模式），其中EL1包括操作系统内核和驱动程序。SMAP只对EL1级别的访问进行限制。
2. 内存访问权限
每个物理页都有一个AP位来标识访问权限。对于EL0级别的访问，AP位控制传统的访问权限（读、写、执行），而对于EL1级别的访问，AP位表示SMAP访问权限。
3. 控制内存访问
在EL1级别下，SMAP通过将AP位设置为只读或禁止访问，来限制内核和驱动程序访问特定内存区域。这样，即使内核或驱动程序存在漏洞或受到恶意软件的攻击，也无法将数据写入或执行受保护的内存区域。
与PAN的区别
SMAP（Supervisor Mode Access Prevention）和PAN（Privileged Access Never）都是ARM64架构中的安全扩展，用于提高系统的安全性。虽然它们都与特权模式下的内存访问有关，但它们有一些不同之处：
1. 功能
- SMAP：SMAP主要用于限制特权模式下的内存访问。它通过设置特殊的访问权限位来禁止或限制特权模式下访问受限内存区域。
- PAN：PAN用于防止特权模式下的空指针解引用。它通过编译器和硬件的配合，检测和阻止特权模式下对空指针的解引用操作。
2. 应用范围
- SMAP：SMAP适用于EL1特权级别，即特权模式下的操作系统内核和驱动程序。
- PAN：PAN适用于所有特权级别，包括EL0用户模式和EL1特权模式。
3. 实施方式
- SMAP：SMAP通过设置特殊的访问权限位（AP位）来限制特权模式下的内存访问。AP位可以将指定内存区域设置为只读或禁止访问。
- PAN：PAN通过编译器和硬件的配合来检测和阻止特权模式下的空指针解引用操作。编译器在编译时插入相关的检查代码，然后硬件在执行时检测并触发异常。
4. 依赖关系
- SMAP：SMAP不依赖于其他安全扩展，可以独立使用。
- PAN：PAN通常与SMAP一起使用，但它也可以作为独立的功能。PAN依赖于相关的硬件支持和编译器插件。如果硬件和编译器都不支持PAN，那么PAN将无法实施。
总的来说，ARM64 SMAP主要用于限制特权模式下的内存访问，而PAN用于防止特权模式下的空指针解引用。它们在功能、应用范围、实施方式和依赖关系上都有所不同，但都旨在提高系统的安全性。
如何配置
配置ARM64 SMAP需要在启动ARM64设备时或者操作系统的配置中进行。具体步骤如下：
1. 确保硬件支持
首先需要确保ARM64设备的处理器支持SMAP功能。通常，SMAP是在ARMv8.4-A架构及更高版本中引入的。如果处理器不支持SMAP，那么无法进行SMAP的配置和启用。
2. 修改启动配置
在启动ARM64设备时，可以通过修改启动配置来启用SMAP。具体来说，需要在设备固件（例如UEFI）或者操作系统的启动参数中添加相关选项。
- 对于UEFI固件：在启动时，可以在启动加载器（例如GRUB）的配置文件中添加`smep/smap=1`参数来启用SMAP。
- 对于操作系统启动参数：在Linux系统中，可以在启动项的命令行中添加`smep`或`nosmap`参数来启用或禁用SMAP。
3. 编译器选项
如果要在编译应用程序时使用SMAP，还可以使用编译器选项来启用相关优化。
- 在GCC编译器中，可以使用`-march=armv8.4-a+smap`选项来指定编译针对支持SMAP的ARMv8.4-A架构。
- 在Clang编译器中，可以使用`-target arm64-armv8.4a+nosmap`选项来指定编译针对不支持SMAP的ARMv8.4-A架构。
4. 测试和验证
一旦配置完成，可以测试应用程序的兼容性和正确性。通过运行针对SMAP配置的应用程序，并观察是否受到了SMAP的限制和保护来验证配置的有效性。
请注意，具体的配置方法可能因设备和操作系统的不同而有所差异。因此，在进行配置时最好参考相关的设备文档或操作系统文档来了解具体的配置选项和方法。