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Go语言项目的安全评估技术

2019-12-25

在今年夏天咱们对 Kubernetes的评价 成功之后,咱们收到了许多Go项意图安全评价需求。为此,咱们将在其他编译言语中运用过的安全评价技能和战略调整适配到多个Go项目中。

咱们从了解言语的规划开端,辨认出开发人员或许无法彻底了解言语语义特性的当地。大都这些被误解的语义来自咱们向客户陈述的查询成果以及对言语自身的独立研讨。虽然不是翔实无遗,但其间一些问题范畴包括效果域、协程、过错处理和依靠办理。值得注意的是,其间许多与运行时没有直接联系。默许状况下,Go运行时自身的规划是安全的,避免了许多相似C言语的缝隙。

对底子原因有了更好地了解后,咱们查找了现有的能帮忙咱们快速有用检测客户端代码库的东西。成果咱们找到一些静态和动态开源东西,其间包括了一些与Go无关的东西。为了协作这些东西运用,咱们还确认了几种有助于检测的编译器装备。

因为Go是一种编译型言语,因而编译器在生成二进制可履行文件之前就检测并杜绝了许多潜在的过错模式。虽然关于新的Go开发人员来说,这些编译器的输出 比较烦 ,可是这些正告关于避免意外行为以及坚持代码的清洁和可读性十分重要。

静态剖析趋向于捕获许多未包括在编译器过错和正告中的悬而未决的问题。在Go言语生态体系中,有 许多不同的东西 ,例如 go-vet 、 staticcheck 和 analysis包 中的东西。这些东西一般会辨认出比如变量遮盖、不安全的指针运用以及未运用的函数回来值之类的问题。查询这些东西显现正告的项目区域一般会发现可被运用的功用特性。

这些东西绝不是完美的。例如,go-vet或许会错失十分常见的问题,例如下面比如中这种。

package main
import fmt 
func A  { return false, fmt.Errorf }
func B  { return true, nil }
func main {
 aSuccess, err := A
 bSuccess, err := B
 if err != nil {
 fmt.Println
 fmt.Println
}

这个比如未运用A函数的err回来值,并在表达式左边为bSuccess赋值期间当即从头对err做了赋值。编译器针对这种状况不会供给正告,而go-vet也不会检测到该问题; errcheck 也不会。实际上,能成功辨认这种状况的东西是前面大名鼎鼎的staticcheck和 ineffassign ,它们将A的过错回来值标识为未运用或无效。

示例程序的输出以及errcheck,go-vet,staticcheck和ineffassign的查看成果如下:

$ go run .
false : true
$ errcheck .
$ go vet .
$ staticcheck .
main.go:5:50: error strings should not be capitalized 
main.go:5:50: error strings should not end with punctuation or a newline 
main.go:10:12: this value of err is never used 
$ ineffassign .
main.go:10:12: ineffectual assignment to err

当您深化研讨此示例时,您或许会想知道为什么编译器没有针对此问题宣布正告。当程序中有未运用的变量时,Go编译器将犯错,但此示例成功经过编译。这是由“短变量声明”的语义引起的。下面是短变量声明的语法标准:

ShortVarDecl = IdentifierList := ExpressionList .

依据标准,短变量声明具有从头声明变量的特别功用,只需:

一切这些束缚在上一个示例中均得到满意,然后避免了编译器针对此问题发生编译过错。

许多东西都具有相似这样的极点状况,即它们在辨认相关问题或辨认问题但以不同的办法描绘时均未成功。使问题复杂化的是,这些东西一般需求先构建Go源代码,然后才干履行剖析。假如剖析人员无法轻松构建代码库或其依靠项,这将使第三方安全评价变得复杂。

虽然存在这些困难,但只需支付一点点尽力,这些东西就能够很好地提示咱们在项目中从何处查找问题。咱们主张至少运用 gosec 、 go-vet 和 staticcheck 。对大大都代码库而言,这些东西具有杰出的文档和人机工效。他们还供给了针对常见问题的多种查看。可是,要对特定类型的问题进行更深化的剖析,或许有必要运用更具体的剖析器,直接针对 SSA 开发定制的东西或运用 semmle 。

一旦履行了静态剖析并查看了成果,动态剖析技能一般是取得更深层成果的下一步。因为Go的内存安全性,动态剖析一般发现的问题是导致硬溃散或程序状况无效的问题。Go社区现已建立了各种东西和办法来帮忙辨认Go生态体系中这些类型的问题。此外,能够改造现有的与言语无关的东西以满意Go动态剖析的需求,咱们将在下面展现。

Go言语范畴中最闻名的动态测验东西或许是 Dimitry Vyukov 的 go-fuzz 了。该东西使您能够快速有用地施行含糊测验,而且它现已有了不错的 战利品 。更高档的用户在猎错失程中或许还会发现 分布式的含糊测验 和 libFuzzer的支撑 十分有用。

Google还发布了一个更原生的含糊器,它具有一个与上面的go-fuzz相似的姓名: gofuzz 。它经过初始化具有随机值的结构来帮忙用户。与Dimitry的go-fuzz不同,Google的gofuzz不会生成夹具或帮忙供给存储溃散时的输出信息、含糊输入或任何其他类型的信息。虽然这关于测验某些方针或许是晦气的,但它使轻量级且可扩展的结构成为或许。

为了简练起见,咱们请您参阅各自自述文件中这两个东西的示例。

译注:特点测验指编写对你的代码来说为真的逻辑句子,然后运用主动化东西来生成测验输入,并调查程序承受该输入时特点是否坚持不变。假如某个输入违背了某一条特点,则证明用户程序存在过错 – 摘自网络。

与传统的含糊测验办法不同,Go的testing包为Go函数的“黑盒测验” 供给了 testing/quick子包 。换句话说,它供给了特点测验的底子原语。给定一个函数和生成器,该包可用于构建夹具,以测验在给定输入生成器规模的状况下潜在的特点违规。以下示例是直接摘自官方文档。

func TestOddMultipleOfThree {
 f := func bool {
 y := OddMultipleOfThree
 return y%2 == 1 y%3 == 0
 if err := quick.Check; err != nil {
 t.Error
}

上面示例正在测验OddMultipleOfThree函数,其回来值应一直为3的奇数倍。假如不是,则f函数将回来false并将违背该特点。这是由quick.Check功用检测到的。

虽然此包供给的功用关于特点测验的简略运用是能够承受的,但重要的特点一般不能很好地合适这种底子界面。为了处理这些缺陷,诞生了 leanovate/gopter结构 。Gopter为常见的Go类型供给了各式各样的生成器,而且支撑您创立与Gopter兼容的 自界说生成器 。经过 gopter/commands子包 还支撑状况测验,这关于测验跨操作序列的特点是否有用很有有帮忙。除此之外,当违背特点时,Gopter会缩小生成的输入。请参阅下面的输出中输入缩短的特点测验的扼要示例。

Compute结构的测验夹具:

package main_test
import  CoerceInt  { c.A = c.A % 10; c.B = c.B % 10; }
func  Add  uint32 { return c.A + c.B }
func  Subtract  uint32 { return c.A - c.B }
func  Divide  uint32 { return c.A / c.B }
func  Multiply  uint32 { return c.A * c.B }
func TestCompute {
 parameters := gopter.DefaultTestParameters
 parameters.Rng.Seed // Just for this example to generate reproducible results
 properties := gopter.NewProperties
 properties.Property bool {
 inpCompute := Compute{A: a, B: b}
 inpCompute.CoerceInt
 inpCompute.Add
 return true
 gen.UInt32Range,
 gen.UInt32Range,
 properties.Property bool {
 inpCompute := Compute{A: a, B: b}
 inpCompute.CoerceInt
 inpCompute.Subtract
 return true
 gen.UInt32Range,
 gen.UInt32Range,
 properties.Property bool {
 inpCompute := Compute{A: a, B: b}
 inpCompute.CoerceInt
 inpCompute.Multiply
 return true
 gen.UInt32Range,
 gen.UInt32Range,
 properties.Property bool {
 inpCompute := Compute{A: a, B: b}
 inpCompute.CoerceInt
 inpCompute.Divide
 return true
 gen.UInt32Range,
 gen.UInt32Range,
 properties.TestingRun
}

履行测验夹具并调查特点测验的输出:

user@host:~/Desktop/gopter_math$ go test
+ Add should never fail.: OK, passed 100 tests.
Elapsed time: 253.291 s
+ Subtract should never fail.: OK, passed 100 tests.
Elapsed time: 203.55 s
+ Multiply should never fail.: OK, passed 100 tests.
Elapsed time: 203.464 s
! Divide should never fail.: Error on property evaluation after 1 passed
 tests: Check paniced: runtime error: integer divide by zero
goroutine 5 [running]:
runtime/debug.Stack
 /usr/lib/go-1.12/src/runtime/debug/stack.go:24 +0x9d
github.com/leanovate/gopter/prop.checkConditionFunc.func2.1
 /home/user/go/src/github.com/leanovate/gopter/prop/check_condition_func.g
 o:43 +0xeb
panic
 /usr/lib/go-1.12/src/runtime/panic.go:522 +0x1b5
_/home/user/Desktop/gopter_math_test.Compute.Divide
 /home/user/Desktop/gopter_math/main_test.go:18
_/home/user/Desktop/gopter_math_test.TestCompute.func4
 /home/user/Desktop/gopter_math/main_test.go:63 +0x3d
# snip for brevity;
ARG_0: 0
ARG_0_ORIGINAL : 117380812
ARG_1: 0
ARG_1_ORIGINAL : 3287875120
Elapsed time: 183.113 s
--- FAIL: TestCompute 
 properties.go:57: failed with initial seed: 1568637945819043624
exit status 1
FAIL _/home/user/Desktop/gopter_math 0.004s

在进犯Go体系时,毛病注入令人惊奇地有用。咱们运用此办法发现的最常见过错包括对error类型的处理。因为error在Go中仅仅一种类型,所以当它回来时,它不会像panic句子那样自行改动程序的履行流程。咱们经过强制生成来自最低等级的过错来辨认此类过错。因为Go会生成静态二进制文件,因而有必要在不运用LD_PRELOAD的状况下注入毛病。咱们的东西之一 KRF 使咱们能够做到这一点。

在咱们最近的Kubernetes代码库评价中,咱们运用KRF找到了一个vendored依靠深处的 问题 ,只需经过随机为进程和其子进程主张的read和write体系调用制作毛病。该技能对一般与底层体系交互的Kubelet十分有用。该过错是在ionice指令呈现过错时触发的,未向STDOUT输出信息并向STDERR发送过错。记载过错后,将持续履行而不是将STDERR的过错回来给调用方。这导致STDOUT后续被索引,然后导致索引超出规模导致运行时panic。

下面是导致kubelet panic的调用栈信息:

E0320 19:31:54.493854 6450 fs.go:591] Failed to read from stdout for cmd [ionice -c3 nice -n 19 du -s /var/lib/docker/overlay2/bbfc9596c0b12fb31c70db5ffdb78f47af303247bea7b93eee2cbf9062e307d8/diff] - read |0: bad file descriptor
panic: runtime error: index out of range
goroutine 289 [running]:
k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/fs.GetDirDiskUsage
 /workspace/anago-v1.13.4-beta.0.55+c27b913fddd1a6/src/k8s.io/kubernetes/_output/dockerized/go/src/k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/fs/fs.go:600 +0xa86
k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/fs..GetDirDiskUsage
 /workspace/anago-v1.13.4-beta.0.55+c27b913fddd1a6/src/k8s.io/kubernetes/_output/dockerized/go/src/k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/fs/fs.go:565 +0x89
k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common..update
 /workspace/anago-v1.13.4-beta.0.55+c27b913fddd1a6/src/k8s.io/kubernetes/_output/dockerized/go/src/k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common/fsHandler.go:82 +0x36a
k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common..trackUsage
 /workspace/anago-v1.13.4-beta.0.55+c27b913fddd1a6/src/k8s.io/kubernetes/_output/dockerized/go/src/k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common/fsHandler.go:120 +0x13b
created by
k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common..Start
 /workspace/anago-v1.13.4-beta.0.55+c27b913fddd1a6/src/k8s.io/kubernetes/_output/dockerized/go/src/k8s.io/kubernetes/vendor/github.com/google/cadvisor/container/common/fsHandler.go:142 +0x3f

下面比如:记载了STDERR日志但未将error回来调用方。

stdoutb, souterr := ioutil.ReadAll
if souterr != nil {
 klog.Errorf
}

当stdout为空,也测验运用索引,这是运行时呈现panic的原因:

usageInKb, err := strconv.ParseUint[0], 10, 64)

更完好的包括重现上述问题的过程,可拜见咱们的 Kubernetes终究陈述 附录G,那里具体介绍了针对Kubelet运用KRF的办法。

Go的编译器还答应将丈量东西包括在二进制文件中,然后能够在运行时检测race状况,这关于将潜在的race辨认为进犯者十分有用,但也能够用来辨认对defer、panic和recover的不正确处理。咱们构建了 Trailofbits/on-edge 来做到这一点:辨认函数进口点和函数panic点之间的大局状况改变,并经过Go race检测器”走漏”此信息。有关OnEdge的更多具体信息,请拜见咱们曾经的博客文章 “在Go中挑选正确panic的办法” 。

实践中,咱们主张运用:

除KRF外,一切这些东西在实践中都需求支付一些尽力。

Go编译器具有许多内置功用和指令,可帮忙咱们查找过错。这些功用隐藏在各种开关中中,而且需求一些装备才干到达咱们的意图。

有时在测验测验体系功用时,导出函数不是咱们要测验的。要取得对所需的函数的测验拜访权,或许需求重命名许多函数,以便能够将其导出,这或许会很费事。要处理此问题,能够运用编译器的 build指令 进行称号链接以及导出体系的拜访操控。作为此功用的示例,下面的程序拜访未导出的reflect.typelinks函数,并随后迭代类型链接表以辨认已编译程序中存在的类型。

下面是运用linkname build directive的Stack Overflow答案的通用版别:

package main
import   {
 return typelinks
//go:linkname typelinks reflect.typelinks
func typelinks 
func Add unsafe.Pointer {
 return add
//go:linkname add reflect.add
func add unsafe.Pointer
func main {
 sections, offsets := Typelinks
 for i, base := range sections {
 for _, offset := range offsets[i] {
 typeAddr := Add, )
 typ := reflect.TypeOf))
 fmt.Println
}

下面是typelinks表的输出:

$ go run main.go
**reflect.rtype
**runtime._defer
**runtime._type
**runtime.funcval
**runtime.g
**runtime.hchan
**runtime.heapArena
**runtime.itab
**runtime.mcache
**runtime.moduledata
**runtime.mspan
**runtime.notInHeap
**runtime.p
**runtime.special
**runtime.sudog
**runtime.treapNode
**sync.entry
**sync.poolChainElt
**syscall.Dirent
**uint8

假如需求在运行时进行更精密的操控,则能够编写Go的 中心汇编码 ,并在编译过程中包括它。虽然在某些当地它或许不完好且有些过期,可是 teh-cmc/go-internals 供给了有关Go怎么拼装函数的很好的介绍。

为了帮忙进行测验,Go编译器能够 履行预处理 以生成coverage信息。这旨在标识单元测验和集成测验的测验掩盖规模信息,可是咱们也能够运用它来标识由含糊测验和特点测验生成的测验掩盖规模。Filippo Valsorda在 博客文章 中供给了一个简略的示例。

Go支撑依据方针渠道主动确认整数和浮点数的巨细。可是,它也答应运用固定宽度的界说,例如int32和int64。当混合运用主动宽度和固定宽度巨细时,关于跨多个方针渠道的行为,或许会呈现过错的假定。

针对方针的32位和64位渠道构建进行测验将有助于辨认特定于渠道的问题。这些问题一般在履行验证、解码或类型转化的时分发现,原因在于对源和方针类型特点做出了不正确的假定。在Kubernetes安全评价中就有一些这样的示例,特别是 TOB-K8S-015:运用strconv.Atoi并将成果向下转化时的溢出 ,下面是这个示例。

// updatePodContainers updates PodSpec.Containers.Ports with passed parameters.
func updatePodPorts  {
 port := -1
 hostPort := -1
 if len 0 {
 port, err = strconv.Atoi // -- this should parse port as strconv.ParseUint
 if err != nil {
 return err
 // 
 // Don't include the port if it was not specified.
 if len 0 {
 podSpec.Containers[0].Ports = []v1.ContainerPort{
 ContainerPort: int32, // -- this should later just be uint16
 }

过错的类型宽度假定导致的溢出:

root@k8s-1:/home/vagrant# kubectl expose deployment nginx-deployment --port 4294967377 --target-port 4294967376
E0402 09:25:31.888983 3625 intstr.go:61] value: 4294967376 overflows int32
goroutine 1 [running]:
runtime/debug.Stack
 /usr/local/go/src/runtime/debug/stack.go:24 +0xa7
k8s.io/kubernetes/vendor/k8s.io/apimachinery/pkg/util/intstr.FromInt
service/nginx-deployment exposed

实际上,很少需求推翻类型体系。最需求的测验方针现已是导出了的,能够经过import取得。咱们主张仅在需求帮手和测验相似的未导出函数时才运用此功用。至于测验类型宽度安全性,咱们主张您尽或许对一切方针进行编译,即便没有直接支撑也是如此,因为不同方针上的问题或许更显着。终究,咱们主张至少生成包括单元测验和集成测验的项意图掩盖率陈述。它有助于确认未经直接测验的区域,这些区域能够优先进行检查。

在比如JavaScript和Rust的言语中,依靠项办理器内置了对依靠项审阅的支撑-扫描项目依靠项以查找已知存在缝隙的版别。在Go中,不存在这样的东西,至少没有处于揭露可用且非试验状况的。

这种缺少或许是因为存在多种不同的依靠联系办理办法: go-mod , go-get , vendored 等。这些不同的办法运用底子不同的完成方案,导致无法直接辨认依靠联系及其版别。此外,在某些状况下,开发人员一般会随后修正其vendor的依靠的源代码。

在Go的开发过程中,依靠办理问题的处理现已取得了开展,大大都开发人员都执政运用go mod的方向开展。这样就能够经过项目中的go.mod盯梢和依靠项并进行版别操控,然后为今后的依靠项扫描作业翻开了大门。咱们能够在 OWASP DependencyCheck东西 中看到此类作业的示例,该东西是具有试验性质的go mod插件。

终究,Go生态体系中有许多能够运用的东西。虽然大大都状况是彻底不同的,可是各种静态剖析东西可帮忙辨认给定项目中的“悬而未决的问题”。当寻求更深层次的重视时,能够运用含糊测验,特点测验和毛病注入东西。编译器装备随后增强了动态技能,使构建测验夹具和评价其有用性变得愈加简单。

本文翻译自 “Security assessment techniques for Go projects” 。

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