本文将mark下Intel CET(Control-flow Enforcement Technology)的相关notes，主要内容转载自Intel CET 安全防御机制深度解析。

概述

CET（Control-flow Enforcement Technology）机制是 Intel提出基于硬件的⽤于缓解 ROP/JOP/COP的新技术。特别强调下，他是基于硬件⽀持的解决⽅案。从Intel的Tigerlake (11th gen)，Alderlake (12th gen)/Sapphire-Rapid起，粗颗粒度地旨在预防前向（ call/jmp ）和后向（ ret ）控制流指令劫持来御防ROP的攻击。因此针对防御对象不同，CET技术又分为CET-SS用于针对ROP的ret指令和CET-IBT用于针对JOP/COP的jmp/call指令。

CET为何而生

说到防御者CET，就不得不提他的进攻者ROP了。什么是ROP? 来看⼀个例⼦，假设程序中正常执行如下代码⽚段，注意此时其中不含ret或call指令。

但是，如果稍加偏移⼀下解释代码的地址时，就会导致出现完全不⼀样的指令，如下图所示：

如果按照红框中的顺序解释这些指令的时候，那么将会产⽣⾮代码预期的结果，会出现原代码中未出现过的 ret 指令以及 call 指令，这些指令序列被称为 gadget 。通过仔细构造这些由ret指令终⽌的指令集，攻击者可以执⾏原程序中⾮预期的任意恶意代码，这种新产生ret攻击被称为 ROP 攻击，同理还有COP/JOP（call/jmp）攻击。

为了防御这种此类ROP攻击，Intel在硬件机制上推出了CET缓解机制，针对不同的攻击行为分为CET-SS(影子栈)和CET-IBT(间接跳转跟踪)。

#CP异常

CET-SS和CET-IBT 在实现机制上属于CPU内部异常。当执行启动CET发现执行执行流中没有endbr64或函数返回ret和影子栈中shandow stack保存的ret不一致时，CPU内部出发异常，这里CET占用的中断向量21号，触发#CP并归为陷阱执行中断处理程序exc_control_protection()，对CET-SS CET-IBT分情况进行报错。CET-IBT -> “traps: Missing ENDBR: xxx”， CET-SS-> #CP(control protect)。

CET-SS（Shadow Stack）

Intel 提出了⼀种基于硬件的 CET 解决⽅案，其中之⼀的 shadow stack 机制⽤于缓解 ROP 攻击。ROP 依赖于 ret 指令，其中要执⾏的后续指令地址从堆栈中获得。因此 ROP 攻击的前提是攻击者能够在堆栈中构造数据。那么再来看 shadow stack 机制是怎么⼯作的。

CET 使操作系统能够创建⼀个 shadow stack （影⼦栈）。正常情况下，当执⾏ call 指令时，会将 call 指令后⼀条指令地址压栈。当启⽤了 shadow stack 后，会同时在普通数据栈和 shadow stack 中压⼊返回地址，随后在执⾏ ret 返回时，会将 shadow stack 中的返回地址和普通数据栈中的返回地址做对⽐，如匹配，则正常执⾏，如不匹配，则触发#CP(Controlflow Protection) 异常。如下图所示：

CET-IBT(Indirect Branch Tracking)

JOP/COP 攻击⼿法与 ROP 类似，只不过是把 ROP 中以 ret 指令做跳板的关键点替换成了 call/jmp 指令。这种不需要 ret 指令的攻击场景下，前⾯所说的 shadow stack 机制就失效了。这种情况下， CET 的第⼆种机制 IBT(Indirect Branch Tracking) 就应运⽽⽣了。

IBT(Indirect Branch Tracking),间接跳转跟踪”希望能防止攻击者让间接跳转（例如，通过指针变量进行的函数调用）进入一个不应该走到的地方。

IBT 是为了防御面向跳转编程的（jump-oriented programming）；工作原理是试图确保每个 indirect branch 的目标确实都是适合作为跳转目标的。IBT 的方法有很多，每一种都有自己的优势和劣势。例如，内核在 5.13 开发周期中支持了编译器实现的 IBT 机制。在这种模式下，编译器通过一个 “jump table, 跳转表” 来完成每一个间接跳转，不仅确保目标是要供间接跳转使用的，而且要确保被调用函数的原型与调用者所期望的一致。这种方法是很有效的，但要增加很多编译、运行时的开销。

CET-IBT方法相当简单，但优点是得到了硬件的支持，因此速度更快.如果 IBT 被启用，那么 CPU 将确保每个间接跳转都落在一条特殊指令（endbr32 或 endbr64）上，该指令执行时跟 no-op 效果一致。如果发现意外，那么处理器将引发一次 control-protection（#CP）exception。

参考资料:

  1. deepseek[介绍下Intel CET技术]
  2. Intel CET 安全防御机制深度解析
  3. Limitations and Opportunities of Modern Hardware Isolation Mechanisms
  4. A Technical Look at Intel’s Control-flow Enforcement Technology
  5. How to Survive the Hardware-assisted Controlflow Integrity Enforcement
  6. CETIS: Retrofitting Intel CET for Generic and Efficient Intra-process Memory Isolation
  7. Control-flow Enforcement Technology