MTE技术在Android上的应用
1 背景
MTE(Memory Tag)是ARMV8.5增加一个硬件特性，主要用于内存安全。通过硬件Arch64 MTE和compiler辅助，可以增加64bit进程的内存安全。Android平台目前也开始使用MTE技术增加内存安全及其发现内存BUG。这个里面刚开始会看到很多相关的技术，但是之间的依赖关系是什么，怎么使用不是很特别清晰，简单梳理一下关系。
2 什么是MTE
Memory Tag通俗讲就是为每个分配内存都打上一个TAG，当通过指针地址访问内存的时候，硬件会比较指针里面的TAG与实际内存TAG是否匹配，如果不匹配则检测出错误。
address tag：保存在64bit地址的最高8bit，作为开锁的钥匙key（访问内存），tag size被称为TS，一般是4bit或者8bit
Address/Pointer TAG
memory tag：一块被Lock的内存区域，Tagging memory implements the lock。被锁定的内存区域粒度被称为TG，大小一般是16字节/32字节/64字节，取决于硬件设置。ARM MTE为TS/TG=4bit/16bytes。如何锁定或者关联TAG到内存区域? 是通过芯片提供的指令来完成：
| 指令 | 含义 |
|---|---|
| LDG, STG, and STZG | getting or setting tags in memory |
| ST2G and STZ2G | operate on two granules of memory |
| STGP | stores both tag and data to memory. |
| ADDG and SUBG | creating the addresses of objects on the stack. |
| … |
存储Memory Tag的storage区域大小: TS extra bits per every TG bytes。
如何使用MTE对内存进行保护，简单描述如下：
- 申请内存，在内存地址的高8bit/4bit设置TAG值
- 调用芯片指令对分配地址打上Memory TAG
- 如果不匹配，硬件则会触发错误。
使能不同内存类型的方式：
- 针对Heap内存，只需要修改对应的malloc/free/calloc/realloc就可以完成使能
- 针对Stack内存，则需要编译器支持ADDG/SUBG分配内存
- 针对Global内存，也需要编译器和linker的修改支持
3 使用MTE相关的技术
3.1 HWAddressSanitizer
目前HWAddressSanitizer实现，其实并不依赖硬件MTE支持，只需要硬件支持TBI(ARMv8 feature top byte ignore)即可，是基于一种软件模拟的MTE的做法。
Memory TAG存储在Memory Shadow区域，对应asan工具需要1/8内存，而hwasan工具只需要1/16内存存储关联的TAG即可。所有的Memory Access仍旧使用编译器插桩实现检测地址tag和memory tag是否匹配。
对于未来支持MTE的硬件，原则上不再需要运行库支持了，只需要编译器插入对应的Memory TAG指令即可实现安全内存检查。
3.2 Android Tagged Pointers
- 内存分配器
在malloc/free/calloc/realloc流程上实现heap tag功能，目前实现了在分配的heap地址上打上TAG：
//libc/bionic/malloc_tagged_pointers.h
//提供了一组函数
TagPointer,
UntagPointer,
MaybeUntagAndCheckPointer,
MaybeTagPointer,
//libc/bionic/heap_tagging.cpp
//libc/bionic/heap_tagging.h
SetDefaultHeapTaggingLevel:设置缺省的tag level
SetHeapTaggingLevel：设置缺省的TAG level
//libc/bionic/malloc_common.cpp
//TAG/UNTAG
calloc/free/malloc/...
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是ARMV8.5增加一个硬件特性，主要用于内存安全。通过硬件Arch6 […]&desc=1 背景 MTE(Memory Tag)是ARMV8.5增加一个硬件特性，主要用于内存安全。通过硬件Arch6 […]){kind=link}
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