Основные сведения
Технология NX-bit может работать только при соблюдении следующих условий:
- наличие поддержки NX-bit со стороны процессора . NX-bit поддерживают процессоры фирмы Intel , начиная с Pentium 4 серии 6xx, и процессоры фирмы AMD , начиная с Athlon 64 ;
- наличие поддержки NX-bit со стороны операционной системы. NX-bit поддерживают ОС Linux , начиная с ядра версии 2.3.23, и ОС Windows, начиная с Windows XP SP2 ;
- использование PAE для процессоров архитектуры x86 или использование процессоров архитектуры x86-64 (бит запрета исполнения доступен в таблице страниц).
Технические детали
Переполнение буфера часто возникает, когда разработчик программы выделяет некоторую область данных (буфер) фиксированной длины, считая, что этого будет достаточно, но потом, манипулируя данными, никак не проверяет выход за её границы. В результате поступающие данные займут области памяти, им не предназначенные, уничтожив имеющуюся там информацию. Очень часто временные буферы выделяются внутри процедур (подпрограмм), память для которых выделяется в программном стеке, в котором также хранятся адреса возвратов в вызывающую подпрограмму. Тщательно исследовав код программы, злоумышленник может обнаружить такой баг , и теперь ему достаточно передать в программу такую последовательность данных, обработав которую программа ошибочно заменит адрес возврата в стеке на адрес, нужный злоумышленнику, который также передал под видом данных некоторый программный код. После завершения подпрограммы команда возврата (RET) из процедуры передаст управление не вызывающей процедуре, а процедуре злоумышленника, - контроль над компьютером получен.
Благодаря атрибуту NX такое становится невозможным. Область стека помечается NX-битом и любое выполнение кода в нём запрещено. Теперь же, если передать управление стеку, то сработает защита. Хоть программу и можно заставить аварийно завершиться, но использовать её для выполнения произвольного кода становится очень сложно (для этого потребуется ошибочное снятие программой NX-защиты).
Однако, некоторые программы используют выполнение кода в стеке или куче. Такое решение может быть связано с оптимизацией , динамической компиляцией или просто оригинальным техническим решением. Обычно, операционные системы предоставляют системные вызовы для запроса памяти с разрешённой функцией исполнения как раз для таких целей, однако многие старые программы всегда считают всю память исполнимой. Для запуска таких программ под Windows приходится отключать функцию NX на весь сеанс работы, и чтобы включить её вновь, требуется перезагрузка. Хотя в Windows и предусмотрен механизм белого списка программ, для которых отключён DEP, тем не менее данный метод не всегда работает корректно [ ] . Примером такой программы может служить Iris .
NX-бит является самым старшим разрядом элемента 64-битных таблиц страниц , используемых процессором для распределения памяти в адресном пространстве. 64-разрядные таблицы страниц используются операционными системами, работающими в 64-битном режиме, либо с включённым расширением физических адресов (PAE). Если ОС использует 32-разрядные таблицы, то возможности использовать защиту страниц от исполнения нет.
См. также
Ссылки
- intel.com. Execute disable bit functionality blocks malware «Code execution» (недоступная ссылка) .
5.13 PAGE-LEVEL PROTECTION AND EXECUTE-DISABLE BIT
В дополнение к защите, предоставленной флагами U/S (user/supervisor) и R/W (readable/writable), страничные структуры, используемые с PAE paging или IA-32e paging (см. главу 4), предоставляют бит запрета выполнения (executedisable). Этот бит даёт дополнительную защиту для страниц данных. Способность запрета выполнения страниц данных может защитить от вредоносного программного обеспечения пытающегося запустить код со страницы с данными. Такая возможность предоставлена в:
- 32-битном защищенном режиме с включенным PAE
- в режиме IA-32e (64 битном режиме)
Хотя execute-disable бит не требует никаких дополнительных процессорных инструкций, чтобы он работал, требуется чтобы операционные системы включали режим PAE и контролировали установку этого бита на страничном уровне. Если бит execute-disable для страницы установлен, такая страница может быть использована только для данных. Попытка выполнения кода со страницы в памяти с установленным execute-disable битом, приводит к генерации page-fault исключения.
Способность запрещать выполнение кода поддерживается только в режимах PAE и IA-32e и не поддерживается в обычном 32-битном страничном режиме. Существующие механизмы защиты памяти (см. секцию 5.11, “Page-Level Protection”) продолжают работать независимо от установки бита execute-disable.
Детектирование и включение поддержки execute-disable бита
5.13.1 Detecting and Enabling the Execute-Disable Capability
Программно можно определить присутствие поддержики execute-disable бита используя CPUID инструкцию. CPUID.80000001H:EDX.NX = 1 означает, что execute-disable поддерживается. Если execute-disable поддерживается, программа может включить ее поддержку установкой IA32_EFER.NXE в 1-цу.
IA32_EFER доступен, если CPUID.80000001H.EDX = 1. Если execute-disable не поддерживается, запись на установку IA32_EFER.NXE вызывает #GP исключение. См. таблицу 5-4.
Защита страниц с помощью Execute-Disable
5.13.2 Execute-Disable Page Protection
Бит execute-disable в страничных структурах улучшает защиту страниц данных. Процессорные инструкции не могут быть загружены из памяти, если IA32_EFER.NXE =1 и бит execute-disable установлен у любой страничной структуры, использованной для отображения страницы. Таблица 5-5 перечисляет разрешенное использование страницы в зависимости от значения executedisable бита (бит 63) соответствующей записи на каждом уровне страничных структур. Запрет выполнения может быть активирован используя execute-disable бит на любом уровне страничных структур, независимо от значения соответствующего бита на других уровнях. Когда execute-disable не активирован, страница может быть использована и как страница данных и как кодовая.
(Таблица из руководства Intel)
Для 32-битного режима с включенным PAE эффект установки execute-disable бита для страниц кода и данных показан таблицами 5-6, 5-7.
(Таблицы из руководства Intel)
Проверка резервных битов
5.13.3 Reserved Bit Checking
Процессор осуществляет проверку резервных битов внутри записей страничных структур. Набор проверяемых битов изменяется в зависимости от страничного режима и может зависеть от размера физического адресного пространства.
Таблица 5-8 показывает резервные биты проверяемые когда бит execute-disable проверка включена в процессоре (CR4.PAE = 1 и IA32_EFER.NXE = 1). Таблицы 5-8 и 5-9 показывают проверки для следующих страничных режимов:
- Non-PAE 4-KByte paging: 4-KByte-page only paging (CR4.PAE = 0,
CR4.PSE = 0). - PSE36: 4-KByte and 4-MByte pages (CR4.PAE = 0, CR4.PSE = 1).
- PAE: 4-KByte and 2-MByte pages (CR4.PAE = 1, CR4.PSE = X).
Проверка резервных битов зависит от размеров физического адресного пространства поддерживаемого конкретной версией процессора, определяемой с помощью CPUID.80000008H. См. замечания в таблицах.
(Таблица из руководства Intel)
Если проверка execute disable не включена или не доступна, проверка в 64-битном режиме включает в том числе проверку 63 бита. Проверка этого и других зарезервированных битов для устаревших (legacy) 32-битных режимов показана в таблице 5-10.
(Таблица из руководства Intel)
Обработка исключений
5.13.4 Exception Handling
Когда execute disable бит включен (IA32_EFER.NXE = 1), условия для возникновения page fault включают те же условия которые применяются в 64 битном или 32-битном режиме с выключенной execute disable способностью. Плюс добавляется новое условие: загрузка инструкции по линейному адресу, который транслируется в физический адрес в памяти на странице с выставленным флагом execute-disable.
Execute-disable page fault может возникнуть на любых уровнях привелегий. Он может возникать при загрузки любой инструкции включая (но не ограничиваясь): ближние ветвления, дальние переходы, CALL/RET/INT/IRET, sequential instruction featches и переключение задач. Execute-disable бит
- IA32_EFER.NXE = 1.
- The instruction translation look-aside buffer (ITLB) is loaded with a page that is
not already present in the ITLB.
Common Options: Enabled, Disabled
Execute Disable Bit Quick Review
Execute Disable Bit XD is short for Execute Disable NX , short for No Execute .
When enabled
When disabled
enable
Execute Disable Bit Execute Disable Bit
Execute Disable Bit
- SUSE Linux 9.2, or later.
Incidentally, some applications and device drivers attempt to execute code from the kernel stack for improved performance. This will cause a page-fault error if Execute Disable Bit is enabled. In such cases, you will need to disable this BIOS feature.
Execute Disable Bit Details
Buffer overflow attacks are a major threat to networked computers. For example, a worm may infect a computer and flood the processor with code, bringing the system down to a halt. The worm will also propagate throughout the network, paralyzing each and every system it infects.
Due to the prevalence of such attacks, Intel enhanced their processor architecture with a feature called Execute Disable Bit , which is designed to protect the computer against certain buffer overflow attacks. First released for the 64-bit Intel Itanium processor in 2001, this feature only appeared in Intel desktop and workstation processors from November 2004 onwards. Intel mobile processors with Execute Disable Bit only started shipping in February, 2005.
Processors that come with this feature can restrict memory areas in which application code can be executed. When paired with an operating system that supports the Execute Disable Bit feature, the processor adds a new attribute bit (the Execute Disable Bit ) in the paging structures used for address translation.
If the Execute Disable Bit of a memory page is set to 1, that page can only be used to store data. It will not be used to store executable code. But if the Execute Disable Bit of a memory page is set to 0, that page can be used to store data or executable code.
The processor will henceforth check the Execute Disable Bit whenever it executes code. It will not execute code in a memory page with the Execute Disable Bit set to 1. Any attempt to execute code in such a protected memory page will result in a page-fault exception.
So, if a worm or virus inserts code into the buffer, the processor prevents the code from being executed and the attack fails. This also prevents the worm or virus from propagating to other computers on the network.
This BIOS feature is a toggle for the processor’s Execute Disable Bit option. In fact, the acronym XD is short for Execute Disable and is specific to Intel’s implementation. AMD’s implementation is called NX , short for No Execute .
When enabled , the processor prevents the execution of code in data-only memory pages. This provides some protection against buffer overflow attacks.
When disabled , the processor will not restrict code execution in any memory area. This makes the processor more vulnerable to buffer overflow attacks.
It is highly recommended that you enable this BIOS feature for increased protection against buffer overflow attacks.
However, please note that the Execute Disable Bit feature is a hardware feature present only in newer Intel processors. If your processor does not support Execute Disable Bit , then this BIOS feature will have no effect.
In addition, you must use an operating system that supports the Execute Disable Bit feature. Currently, that includes the following operating systems:
- Microsoft Windows Server 2003 with Service Pack 1, or later.
- Microsoft Windows XP with Service Pack 2, or later.
- Microsoft Windows XP Tablet PC Edition 2005, or later.
- SUSE Linux 9.2, or later.
- Red Hat Enterprise Linux 3 Update 3, or later.
Incidentally, some applications and device drivers attempt to execute code from the kernel stack for improved performance. This will cause a page-fault error if Execute Disable Bit is enabled. In such cases, you will need to disable this BIOS feature.
NX-Bit (No eXecute Bit - в AMD), или XD-Bit (Execute Disable Bit - в Intel) — антивирус, способный предотвратить «заражение» ПК некоторыми типами вредоносного ПО. Борется с искусственно-вызванной ошибкой переполнения буфера. С данным антивирусом имеет тесную связь технология Microsoft DEP .
Технология может работать только если:
- Имеется поддержка процессора на аппаратном уровне (от Intel Pentium 4 серии 6xx и выше, а также все модификации AMD Athlon 64);
- Установлена ОС с поддержкой данной технологии (Linux с ядром, начиная от версии 2.3.23; Windows XP Service Pack 2 и выше);
- Применяется PAE или архитектура x86-64.
Иногда технология способна вызвать конфликт программного характера с некоторыми видами программного обеспечения. Так, в BIOS ’е материнских плат, поддерживающих процессоры с EDB, имеется возможность отключения этой технологии.
NX (XD ) — атрибут страницы памяти, употребляемый в архитектурах x86 и x86-64, предназначенный для укрепления защиты системы от программных ошибок, вирусов, троянских коней и других вредоносных программ.
- NX (N o eX ecute) — терминология AMD;
- XD (eX ecution D isable) — терминология Intel.
NX-bit - самый старший разряд элемента 64-битных таблиц страниц, которые применяются процессором для распределения памяти в адресном пространстве. 64-разрядные таблицы страниц используются только в ОС, работающих в 64-битном режиме, либо с включенным расширением физических адресов (PAE).
В настоящее время, компьютерные системы обладают памятью, разделенной на страницы с определенными атрибутами. Так, в новые серии продуктов разработчики процессоров добавили еще один атрибут - запрет исполнения кода на странице (страница может быть использована для хранения данных, но не для хранения программного кода) . В случае возникновения попытки передать управление на подобного рода страницу, процессор генерирует специальную ошибку страницы, и программа прекращает свою работу в аварийном порядке.
Атрибут защиты от исполнения внедряли и в другие микропроцессорные архитектуры, но только в x86-системах эта защита реализовывалась на уровне программных сегментов. Сегодня такая защита внедрена и на уровне отдельных страниц.
В современных ПО наблюдается четкое разделение на сегменты кода («text»), данных («data») и неинициализированных данных («bss»). Кроме того, имеется и динамически-распределяемый сегмент памяти, который, в свою очередь, делится на:
- кучу («heap»);
- программный стек («stack»).
Если при написании программы не было допущено никаких ошибок, указатель команд не выйдет за пределы сегментов кода. Но в случае программных ошибок, управление может быть передано в другие области памяти. Это повлечет за собой блокирование процессора перед операциями по запрограммированным действиям, и начало произвольного выполнения случайной последовательности команд. Так будет продолжаться до тех пор, пока процессор не идентифицирует недопустимую последовательность, тогда сработает внутренняя система защиты. Так или иначе, программа завершится аварийно. Кроме того, процессору может попасться последовательность, которая интерпретируется как команда перехода к пройденному адресу. В этом случае, процессор попадет в бесконечный цикл, а программа «зависнет». Чтобы предотвратить подобные случаи, специалисты ввели дополнительный атрибут, который определяет следующее условие: если какая-то область памяти не предназначена для хранения программного кода, то все ее страницы должны помечаться NX-битом, а в случае возникновения попытки передать управление, процессор сформирует команду, и операционная система мгновенно завершит программу. Ключевой причиной введения данного атрибута было не столько обеспечение быстрой реакции на такие ошибки, сколько распространенность подобных ошибок среди злоумышленников, которые использовали их для несанкционированного доступа к ПК. Написанные ими всевозможные вирусы и черви искали уязвимые места в распространенных ПО.
Тех. детали
Зачастую, буфер переполняется в тех случаях, когда разработчик делает его фиксированной длины. Полагая, что отведенного пространства будет достаточно, разработчик не проверяет выход данных за границы, при манипуляции ими, в результате чего поступающие данные могут занять не предназначенный для них сегмент памяти, уничтожив при этом хранящуюся в тех сегментах информацию.
Нередко временные буферы выделяются внутри подпрограмм, память для которых определена в программном стеке. В нем, помимо всего прочего, расположены адреса возвратов в вызывающую подпрограмму. Изучив код программы, злоумышленник может обнаружить подобную ошибку, и после передать в программу определенную последовательность данных, при обработке которой программа по ошибке заменит адрес возврата в стеке на адрес, требуемый злоумышленнику. По завершению подпрограммы, инструкция возврата (RET) вытолкнет из стека в указатель команд адрес входа в процедуру злоумышленника, и он получит контроль над компьютером. Атрибут NX делает такую манипуляцию невозможной. Область стека отмечается NX-битом, а любое выполнение кода - запрещается. Так, если передать управление стеку, то сработает защита.
Для запуска программ, использующих выполнение кода в стеке/куче под операционной системой Windows, необходимо отключать функцию NX на протяжении всего сеанса работы. Для повторной ее активации требуется перезагрузка компьютера. Несмотря на то, что в Windows предусмотрен механизм белого списка приложений, этот метод не всегда корректно работает.
Другие идентичные названия опции: No-Execute Memory Protect, Execute Disable Function.
В BIOS существует несколько опций, предназначенных для обеспечения безопасности компьютера. Одной из таких опций является функция Execute Disable Bit (бит запрета исполнения кода). Ее назначение – включение режима работы , обеспечивающего пользователю защиту от некоторых распространенных уязвимостей программного кода и угроз информационной безопасности. Опция имеет два значения – Enabled (Включено) и Disabled (Выключено).
Опция тесно связана с таким понятием, как DEP (Data Execution Prevention, предотвращение выполнения данных). Суть данной технологии заключается в следующем В памяти компьютера существует два отдельных раздела, один из которых предназначен для данных, а другой – для исполняемых команд. При этом в процессоре присутствует особый бит состояния (бит NX, No Execution Bit), установка которого позволит процессору не использовать информацию из раздела данных в качестве исполняемых команд. Именно для установки этого бита и служит опция Execute Disable Bit.
Использование технологии DEP позволяет в ряде случаев избежать рисков для безопасности данных компьютера, связанных с ошибкой переполнения буфера. Эта ошибка часто используется различными троянскими программами и вирусами. Для того, чтобы данная технология обеспечивала максимальную защиту, она должна поддерживаться процессором, операционной системой и прикладными программами.
Большинство современных операционных систем поддерживают технологию DEP. К числу этих ОС относятся Windows XP, Vista, Windows 7 и 8. Кроме того, технологию поддерживают современные ОС семейства UNIX и Linux. В семействе операционных систем Windows поддержку DEP можно отрегулировать в разделе «Система» Панели Управления.
На уровне процессоров технология DEP впервые получила поддержку в процессорах AMD Athlon, а затем была внедрена в процессорах Intel – начиная с линейки Pentium 4 и Celeron. Именно AMD ввела в обиход термин «NX-бит», а в процессорах Intel данный бит носит названия XD-бита.
Стоит ли включать опцию?
В большинстве случаев опцию Execute Disable Bit необходимо включить, чтобы обезопасить компьютер от хакерских атак, троянских программ, вирусов и «червей», использующих метод переполнения буфера. Разумеется, включение бита запрета исполнения кода процессора не является панацеей, защищающей пользователя от всех возможных информационных угроз, но оно может стать серьезным подспорьем для других средств защиты компьютера, прежде всего программных.
На уровне операционной системы технология работает даже в том случае, если процессор ее не поддерживает, или бит NX в нем отключен. Однако в этом случае эффективность защиты компьютера будет снижена.
Тем не менее, встречается программное обеспечение, которое не совместимо с технологией DEP и при этом не относится к категории вредоносных программ. Для того, чтобы позволить функционировать подобному ПО, в BIOS и предусмотрена возможность отключения опции. Таким образом, опцию следует установить в значение Disabled только в том случае, если вы используете подобное ПО.
