NX-Bit
DasNX-Bit(No eXecute,AMD) bzw.XD-Bit(ExecuteDisable,Intel) ist eine Technik vonProzessorenderx86-Familiezur Verbesserung der Sicherheit eines Computers. Sie soll verhindern, dass beliebige Daten als Programmcode ausgeführt werden und auf diese WeiseSchadcodestarten, wie z. B.Viren,Backdoorsu. ä. Das NX-Bit wurde vonAMD2004 bei derx86-Architektureingeführt und auch vonIntelund anderenHerstellern von x86-Prozessorenübernommen. BeiWindows-Betriebssystemen(ab Windows XP SP2) wird die Technik auch alsData Execution Prevention[1](kurzDEP;deutschDatenausführungsverhinderung) bezeichnet.
Ähnliche Techniken gibt es auf anderenProzessorarchitekturenschon länger, etwa beimPowerPCvonIBMundMotorola,derSPARC-ArchitekturvonSunund denAlpha-ProzessorenvonDEC.
Geschichte
BearbeitenSeit dem80286-Prozessor von Intel besteht im sogenanntenProtected Modedie Möglichkeit, einzelneSpeichersegmentealsausführbar(Code-Segmente) odernicht ausführbar(Daten-Segmente) zu kennzeichnen. Wird versucht, Code an einer Adresse in einem alsnicht ausführbarmarkierten Speichersegment auszuführen, löst die CPU einen Hardware-Interrupt aus, welcher vom Betriebssystem abgefangen wird. Das betreffende Programm wird daraufhin abgebrochen.
Seit den 1990er Jahren nutzen moderne Betriebssysteme zwar ebenfalls denProtected Mode,jedoch verwenden sie ein sogenanntes „flachesSpeichermodell“(linearer Adressraum), in dem sämtliche Segmente den gleichen linearen Speicherbereich überdecken. Der segmentbasierteSpeicherschutzist damit ausgehebelt, eine Trennung zwischen Code- und Datenbereichen ist nicht mehr vorhanden.
Die Technik wurde daher vom ChipherstellerAMD2004 mit dem ProzessorAthlon 64unter dem NamenNX-Bitfür den x86-Markt eingeführt[2]und alsEnhanced Virus Protection(EVP) vermarktet.Intelsetzte eine vergleichbare Technik bereits bei der gemeinsam mitHewlett-PackardentwickeltenItanium-Architekturein und zog 2005 mit denPentium-4-[3]undPentium-M-Modellen, sowie bei der 2006 eingeführtenCore-Mikroarchitekturauch auf der x86-Architektur nach, allerdings unter dem NamenXD-Bit(Execute Disable). AuchTransmetaundVIA/Centaurübernahmen die Technik in deren x86-Prozessoren.[2][4][5][6]
Funktionsweise
Bearbeiten| Bits: | 63 | 62… 52 | 51… 32 | |||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inhalt: | NX | reserved | Bit 51… 32 der Basisadresse | |||||||||||||||||||||||||||||
| Bits: | 31… 12 | 11… 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |||||||||||||||||||||
| Inhalt: | Bit 31… 12 der Basisadresse | AVL | ig | 0 | ig | A | PCD | PWT | U/S | R/W | P | |||||||||||||||||||||
Heutige Betriebssysteme verlassen sich beim Speicherschutz ausschließlich aufseitenbasiertesSpeichermanagement. Dieses gestattet bei der 32-Bit-x86-ArchitekturIA-32zwar die Unterscheidung zwischen Seiten, die „nur lesbar “und welchen, die „les- und schreibbar “sind (siehe Bit 1 („R/W “) im Seitentabelleneintrag), jedoch ist dort keine Unterscheidung zwischen (Daten) „Lesen “und (Code) „Ausführen “vorgesehen. AMD hat für das NX-Bit das Bit 63 in den 64-Bit-Seitentabellen und -verzeichnissen verwendet. 64-Bit-Seitentabellen und -verzeichnisse werden nur im 64-Bit-Modus und im 32-Bit-Modus mit aktivierterPhysical-Address Extension(PAE) verwendet.
Das NX-Bit wird vom Betriebssystem, sofern es dieses unterstützt, für denStackund andere Datenbereiche im Arbeitsspeicher gesetzt, so dass diese nicht mehr ausführbar sind. Versucht ein Programm nun, aufgrund eines Bugs oder einer Infektion mit Schadcode diese so markierten Speicherseiten auszuführen, fängt die CPU dies ab und meldet dies über einen Hardware-Interrupt an das Betriebssystem, welches daraufhin das betroffene Programm beendet.
Durch dieses Vorgehen wird dasVon-Neumann-Prinzip,Daten und Programm in einem gemeinsamen Speicher abzulegen, teilweise verletzt. Allerdings wird nur der Ausführung von Code in Datensegmenten (z. B. in einem Stack oderHeap) vorgebeugt. Der Pufferüberlauf an sich wird nicht unterbunden. Wenn dabei einSprungin eine Codepage ausgelöst wird, ist die No-Execute-Technik wirkungslos. Des Weiteren lässt sich trotz dieser Technik beliebiger Code beispielsweise durch ein „return into libc“ausführen.
Betriebssysteme
BearbeitenAuf 64-Bit-x86-Systemen (x64:auch oft „x86_64 “oder „amd64 “bezeichnet) ist das NX-Bit in jedem Fall nutzbar. Auf 32-Bit-x86-Betriebssystemen (IA-32,meist „x86 “oder „i386 “) ist technisch das NX-Bit nur nutzbar, wenn auchPAEaktiviert ist.[7]Bei älteren Betriebssystemen muss PAE noch manuell vom Benutzer aktiviert werden, etwa unterWindows 2000.Auch derLinux-Kernelkann auf IA-32 sowohl mit als auch ohne PAE konfiguriert werden; die Voreinstellung wurde jedoch Mitte der 2000er Jahre bald aktiviertes PAE bei den 32-Bit-Varianten von Windows, Mac OS X und Linux, und somit auch die Unterstützung für das NX- bzw. XD-Bit.OS/2bzw. dessen NachfolgerArcaOS(vormals eComStation) hingegen nutzt PAE aus Gründen der Kompatibilität mit Treibern und Anwendungssoftware nicht. (Mit ArcaOS 5.1 von 2023 kam zwar PAE-Unterstützung hinzu, damit ist jedoch nur eineRAM-Disknutzbar.)
Windows
BearbeitenDas BetriebssystemWindowsvonMicrosoftunterstützt DEP abWindows XPSP 2, sofern der jeweilige Prozessor die Möglichkeit bietet. AbWindows Vistasind die Einstellungen dem Benutzer sichtbar (Systemeigenschaften → Erweitert → Leistung → Einstellungen → Datenausführungsverhinderung).Windows 8und neuere Windows-Versionen können auf Prozessoren ohne NX-Bit nicht gestartet werden.[8]
Linux
BearbeitenFürLinuxwurde vom beiRed Hatangestellten Entwickler Ingo Molnar einPatchzur Unterstützung des NX-Bit für denLinux-Kernelder 2.6er-Reihe entwickelt, der für Kernel 2.6.6 inRed Hat Linuxzur Verfügung gestellt wurde.[9][10]Im offiziellen Linux-Kernel ist der Patch ab Version 2.6.8 enthalten.
macOS
BearbeitenDas Betriebssystem für Computer vonApple,macOS(früher „Mac OS X “und „OS X “), unterstützt das NX-Bit seit der ersten Intel-Version (fürIntel-Macs) 10.4.4 „Tiger“.[11]
CPUs mit NX-Bit
BearbeitenProzessoren mit dem NX-Bit-Feature lassen sich per Software an einem gesetzten 11. Bit imExtended Feature Enable Registererkennen. Dieses „model specific register “lässt sich nur von privilegierter Software (Systemsoftware), also beispielsweise vom Betriebssystemkern, auslesen.
AMD
Bearbeiten- AMD Athlon 64und Nachfolger
- AMD Opteron
- AMD Phenomund Nachfolger
- AMD Sempron(ab Paris)
- AMD Turion 64und Nachfolger
- AMD Ryzenund Nachfolger
Intel
Bearbeiten- Intel Atom
- IntelCeleron(ab Conroe-L-Kern)
- IntelCeleron D
- IntelCeleron M(ab Dothan-Kern)
- Intel CoreSolo, Duo und Nachfolger
- IntelPentium 4(ab Prescott-F/J-Typ)
- IntelPentium D
- IntelPentium Dual-Core
- IntelPentium Extreme Edition
- IntelPentium M(ab Dothan, FSB533 alle Modelle, FSB400 nur Modelle mit CPU-ID 06D8h)
- IntelXeon(ab Pentium D Kern)
Übrige
BearbeitenWeblinks
Bearbeiten- ImplementationvonASLRund NX/XD-Bit im Linux 2.6-Kernel.Linux-Magazin
- Verwundbar trotz No Execute.Heise online
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑msdn.microsoft.com
- ↑abTom Krazit:Transmeta targets Pentium M users with NX security bit.No Execute feature for security gets backing. In:InfoWorld.17. Mai 2004,abgerufen am 18. September 2022(amerikanisches Englisch): „Earlier this month, AMD released two Mobile Athlon 64 processors for thin and light notebooks that support NX, or what AMD calls Enhanced Virus Protection. “
- ↑Christof Windeck:Intel lässt Details zu kommenden Pentium-4-Versionen entschlüpfen.In:Heise online.4. Juni 2004.Abgerufen am 18. September 2022.
- ↑Christof Windeck:Transmetas Efficeon-Prozessoren bald mit NX-Speicherschutz.In:Heise online.18. Mai 2004.Abgerufen am 18. September 2022.
- ↑Christof Windeck:VIA will auch bald C3-Prozessoren mit NX-Speicherschutz liefern.In:Heise online.19. Mai 2004.Abgerufen am 18. September 2022.
- ↑Andreas Stiller:Fall Processor Forum: 64-Bit-Prozessor von VIA.In:Heise online.6. Oktober 2004.Abgerufen am 18. September 2022.
- ↑https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20210510-00/?p=105200
- ↑https://support.microsoft.com/de-de/help/12660/windows-8-system-requirements
- ↑Jürgen Schmidt:No eXecution für Linux.In:Heise online.4. Juni 2004.Abgerufen am 18. September 2022.
- ↑corbet:x86 NX support.In:LWN.net.2. Juni 2004,abgerufen am 6. April 2024(englisch).
- ↑Muhammad Arif Butt, Zafar Iqbal Khan, Muhammad Idrees, Zarafshan Ajmal:An In-Depth Survey of Bypassing Buffer Overflow Mitigation Techniques; Applied Sciences.Hrsg.: MDPI. Basel, Schweiz 1. Juli 2022,S.11,doi:10.3390/app12136702(englisch,mdpi.com[abgerufen am 6. April 2024]):“The mac OS X 10.4.4 onwards supports NX bit on all Apple-supported processors.”