Tick (FPU) Tock (IRQ)
与iOS9一起推出的内核完整性保护又称为KPP，这对于arm64越狱带来了新的问题。
有效地观察到，在修补内核代码（通常在较旧的越狱中）之后，设备会一段时间后会静默地恐慌。 很明显，有些东西会检查内核代码。
这个东西在内核之外，很快就显现出一种在工作中的管理程序。
到目前为止，我仍然感到惊讶的是，没有人对KPP进行了一个写作 - 至少没有人知道。 所以，我将尝试解释hypervision如何工作。 具体的实施细节可能会在稍后的时间提供，只要我有时间。现在，不用多说，我们走
第1部分（设置）
KPP位于一个Mach-O可执行文件，紧随压缩内核块之后，在kernelcache img4内。 iBoot刻录出KPP图像，将其加载到0x4100000000，并在EL3中运行
EL3
_start(monitor_boot_args *mba)
这结构体有如下几项
struct monitor_boot_args {
uint64_t version;
uint64_t virtBase;
uint64_t physBase;
uint64_t memSize;
struct kernel_boot_args *kernArgs;
uint64_t kernEntry;
uint64_t kernPhysBase;
uint64_t kernPhysSlide;
uint64_t kernVirtSlide;
};
KPP使用调用_start（NULL）的蹦床来覆盖自己的Mach-O头，0x4100000000，并安装了两个异常处理程序sync_handler和irq_handler。 回想一下AArch64异常表：
ExceptionVector具有两个处理程序的位置
接下来，它解析内核及其kexts（来自__PRELINK_INFO）
saveTEXT,DATA segments to map list
saveTEXT,DATA::__const zones to hash list
最后，如果启用 – which – it（以及其他）以下寄存器
CPACR_EL1 = 0x100000; // CPACR_EL1.FPEN=1, causes instructions in EL0 that use the Floating Point execution to be trapped
CPTR_EL3 = 0x80000000; // CPTR_EL3.TCPAC=1, accesses to CPACR_EL1 will trap from EL2 and EL1 to EL3
SCR_EL3 = 0x631; // SCR_EL3.IRQ=0, When executing at any Exception level, physical IRQ interrupts are NOT taken to EL3
// SCR_EL3.SMD=0, SMC instructions are ENABLED at EL1 and above
// SCR_EL3.SIF=1, Secure state instruction fetches from Non-secure memory are NOT permitted
EL1
内核在EL1中开始执行
_start() => start_first_cpu() => arm_init():
=> cpu_machine_idle_init() => monitor_call(0x800)
=> machine_startup() => kernel_bootstrap() => kernel_bootstrap_thread() => monitor_call(0x801)
_start_cpu() => arm_init_cpu() => cpu_machine_idle_init() => monitor_call(0x800)
monitor_call（）将升级到EL3到管理程序的sync_handler
EL3
sync_handler:
if (ESR_EL3 == 0x5E000011) { // ESR_EL3.EC==0x17 && ESR_EL3.IL==1 && ESR_EL3.ISS==0x11 aka "SMC 0x11" aka monitor_call() inside the kernel
switch (arg0) {
case 0x800: // called by cpu_machine_idle_init()
/* save kernel entrypoint */
return ok;
case 0x801: // called by kernel_bootstrap_thread()
if (enabled) {
if (locked) {
FAIL(4);
}
/* do lockdown:
* hash all regions from hash list
* initialize some vars
* save SCTLR_EL1, TCR_EL1, TTBR1_EL1, VBAR_EL1
*/
...
SCR_EL3.SMD=1;
locked = 1;
}
return OK;
case 0x802: // wtf is this shit?
FAIL(5);
}
}
(to be continued)
当出现问题时，FAIL（代码）设置一个全局变量，并通过以下方式向内核发出信号：
ESR_EL1 = 0xBF575400 | code // ESR_EL1.EC=0x2F, ESR_EL1.ISV=1, ESR_EL1.IS=0x575400|code
代码含义
帧违规
坏系统调用
未锁定
已锁定
软件请求
TTE / PTE无效
违反绘图
违反系统注册
然后，执行再转移到SError回到内核的ExceptionTable中：
SError => fleh_serror() => sleh_serror() => kernel_integrity_error_handler() => panic()
否则，如果一切都会好的，就在monitor_call（）之后，执行在内核中恢复。
这是设置阶段，为了让内核设置一次写入内存位置所需的。 接下来，进入心跳阶段
第二部分 (the ticking)
同时在用户空间运行代码，当FPU指令被执行后，CPACR_EL1.FPEN==1会产生一个内核陷阱。
EL1
在内核中，fleh_synchronous()fleh_irq()fleh_fiq()和fleh_serror()所有都会这样结束exception_return_dispatch() => check_user_asts() => MSR CPACR_EL1, X0一旦来自于EL3内核陷阱，CPACR_EL1就会执行。当CPTR_EL3.TCPAC==1时，执行权就转交到EL3sync_handler
EL3
This time, it means business.
sync_handler:
(continued)
else if (ESR_EL3 == 0x62340400) { // ESR_EL3.EC==0x18 && ESR_EL3.IL==1 && ESR_EL3.ISS==0x340400 aka trapped by "MSR CPACR_EL1, X0"
if (violated) {
FAIL(1);
}
if (!locked) {
FAIL(3);
}
if (!(++number_of_hits & watchtower_throttle)) {
if (!(++flip_flop & 1)) {
if (hash_is_ready) {
blake2b_final(&hash, digest);
if (memcmp(cur->digest, digest, 32)) {
FAIL(1);
}
cur = get_next_region();
if (!cur) {
cur = get_first_region();
}
cur_data_ptr = cur->base;
cur_data_left = cur->size;
blake2b_init(&hash);
hash_is_ready = 0;
} else {
chunk = min(cur_data_left, 128);
blake2b_update(&hash, cur_data_ptr, chunk);
cur_data_ptr += chunk;
cur_data_left -= chunk;
if (!cur_data_left) {
hash_is_ready = 1;
}
}
} else {
/* walk and check TTE/PTE
* verify map list
* check system registers SCTLR_EL1, TCR_EL1, TTBR1_EL1, VBAR_EL1
*/
...
}
}
ELR_EL3 += 4; // skip insn
CPTR_EL3 = 0; // CPTR_EL3.TCPAC=0, accesses to CPACR_EL1 will not trap from EL2 and EL1 to EL3
CPACR_EL1 = 0x300000; // CPACR_EL1.FPEN=3, does not cause any FPU instruction to be trapped
SCR_EL3 = 0x6B3; // SCR_EL3.IRQ=1, When executing at any Exception level, physical IRQ interrupts are taken to EL3
// SCR_EL3.SMD=1, SMC instructions are UNDEFINED at EL1 and above
// SCR_EL3.SIF=1, Secure state instruction fetches from Non-secure memory are NOT permitted
return OK;
}
EL3.SIF=0, Secure state instruction fetches from Non-secure memory are permitted
也就是说：重置IRQs到EL1，使其重新能够FPU 陷阱，能够处理CPACR_EL1访问的陷阱，最后的4步然后一直重复。
*
总结
KPP确保FPU陷阱且不会被禁用。当FPU命中，内核就会尝试禁用陷阱但同时也会由KPP接管。KPP然后运行检查，释放FPU,运行IRQs本身。只要任何IRQ触发，就会使FPU进入内核陷阱并结束IRQs
这是保持管理程序跳动的引擎。 如果你修改触发器，即CPACR_EL1访问，则FPU无法执行。 但是，有一个catch。 我们可以窃取CPACR_EL1访问单独的蹦床：
取消patch
触发CPACR_EL1，管理程序然后运行恢复执行权
再次patch
profit
这种绕过方式在@qwertyoruiop的yalu102中使用过。
本文由看雪论坛iOS安全小组 OSG ksmokee 原创 转载请注明来自看雪社区
