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CVE-2024-23222: Fallo de celda obsoleta en Linux x86_64

1. Introducción

CVE-2024-23222 es una condición de carrera de tipo time-of-check-to-time-of-use (TOCTOU) en el compilador JIT DFG de JavaScriptCore de WebKit. La función vulnerable, Graph::tryGetConstantProperty(), se ejecuta en un hilo compilador en segundo plano. Lee un valor de propiedad de JavaScript bajo un bloqueo de celda, libera el bloqueo y devuelve el valor sin procesar a su llamador. Entre la liberación del bloqueo y el siguiente uso de ese valor por parte del llamador, el hilo principal puede reemplazar la propiedad y desencadenar la recolección de basura, invalidando la celda del montículo que el hilo compilador aún mantiene como puntero sin procesar. El valor de celda obsoleto es consumido entonces por la ruta de código que se ejecute a continuación: la función freeze() del DFG, que desreferencia el puntero de estructura de la celda, o el visitante de marcado del GC, que intenta marcarla. Cualquiera de las dos rutas puede fallar con un estado de montículo obsoleto.

Esta vulnerabilidad fue explotada activamente como parte del kit de exploits para iOS "Coruna" (el módulo JSC específico tiene el nombre en clave "cassowary"). El exploit original ataca dispositivos iOS ARM64 que ejecutan iOS 16.6 hasta 17.2.1 y logra lectura/escritura arbitraria de memoria combinando el TOCTOU con manipulación de NaN-boxing y acoplamiento de instancias de WebAssembly. La sección 3 de este informe describe ese exploit en detalle.

Este informe describe una adaptación de la misma vulnerabilidad a Linux x86_64. La estrategia del exploit ARM64 no se transfiere: el Total Store Order (TSO) de x86_64 impide la carrera de reordenamiento de memoria de la que depende el exploit original, y las diferencias de diseño del NaN-boxing hacen que la técnica de corrupción del ID de estructura no sea portable. La prueba de concepto para x86_64, en cambio, explota una consecuencia diferente del mismo TOCTOU: hace que el compilador DFG retenga un JSValue de celda obsoleto a lo largo de la ventana de carrera, lo que posteriormente provoca un fallo en el código JSC natural durante el marcado del GC. El fallo ocurre a través de rutas ordinarias del motor y es visible para ASan. La ventana de carrera se amplía con instrumentación de investigación para hacerla determinista.

1.1 Entorno de compilación

El PoC y la salida del fallo en este informe se produjeron en el siguiente entorno:

Plataforma: Linux x86_64
Árbol del motor: WebKit Safari 7617.1.17.13
Componente: shell de JavaScriptCore jsc
Tipo de compilación: Debug
Saneador: AddressSanitizer habilitado en el binario jsc
Modo JIT: DFG concurrente habilitado mediante indicadores de línea de comandos

2. La vulnerabilidad

2.1 Plegado de constantes del DFG

El compilador DFG (Data Flow Graph) de JSC se ejecuta en un hilo en segundo plano. Cuando encuentra una carga de propiedad de un objeto de JavaScript cuya estructura se conoce en tiempo de compilación, puede plegar la constante del resultado: leer el valor de la propiedad durante la compilación e incorporarlo al código optimizado como constante de tiempo de compilación. La función que realiza esta lectura es Graph::tryGetConstantProperty().

2.2 La función vulnerable

La versión anterior al parche de tryGetConstantProperty() hace tres cosas:

Comprueba que los watchpoints de reemplazo para cada estructura del conjunto esperado sigan siendo válidos.
Lee el valor de la propiedad bajo el bloqueo de celda del objeto.
Devuelve el JSValue sin procesar.```cpp // Source/JavaScriptCore/dfg/DFGGraph.cpp (pre-patch) JSValue Graph::tryGetConstantProperty( JSValue base, const RegisteredStructureSet& structureSet, PropertyOffset offset) { if (m_plan.isUnlinked()) return JSValue(); if (!base || !base.isObject()) return JSValue();

JSObject* object = asObject(base);

// Step 1: validate replacement watchpoints for (unsigned i = structureSet.size(); i--;) { RegisteredStructure structure = structureSet[i]; WatchpointSet* set = structure->propertyReplacementWatchpointSet(offset); if (!set || !set->isStillValid()) return JSValue(); watchpoints().addLazily(*set); }

// Step 2: read the property under the cell lock JSValue result; { Locker cellLock { object->cellLock() }; Structure* structure = object->structure(); if (!structureSet.toStructureSet().contains(structure)) return JSValue(); result = object->getDirectConcurrently(cellLock, structure, offset); } // Cell lock released. result is now a raw JSValue on the native stack. return result; }

El `JSValue` devuelto no está protegido. Si contiene un puntero a una celda, nada impide que esa celda se libere entre la liberación del bloqueo y el momento en que el llamador la utiliza.

### 2.3 Rutas de consumo del valor obsoleto

El `JSValue` devuelto puede ser consumido por dos rutas. Si la celda se ha vuelto obsoleta o no válida durante la ventana de carrera, cualquiera de las dos rutas puede fallar.

**Ruta A: `freeze()` en el hilo del compilador.** El consumidor más directo es `Graph::freeze()`, que el llamador invoca inmediatamente sobre el valor devuelto:```cpp
// Source/JavaScriptCore/dfg/DFGGraph.cpp
FrozenValue* Graph::freeze(JSValue value)
{
    if (UNLIKELY(!value))
        return FrozenValue::emptySingleton();

    // This dereferences value as a cell:
    RELEASE_ASSERT(!jsDynamicCast<CodeBlock*>(value));
    // ...
    FrozenValue frozenValue = FrozenValue::freeze(value);
    // ...
}

El método estático FrozenValue::freeze() lee el puntero de estructura de la celda:```cpp // Source/JavaScriptCore/dfg/DFGFrozenValue.h static FrozenValue freeze(JSValue value) { return FrozenValue( value, (!!value && value.isCell()) ? value.asCell()->structure() : nullptr, // ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ // Dereferences the cell. If freed, this is UAF. WeakValue); }

Si la celda fue liberada entre el retorno de `tryGetConstantProperty()` y la ejecución de `freeze()`, `value.asCell()->structure()` es un use-after-free.

**Ruta B: marcado de GC durante la ventana ampliada.** En la compilación de investigación, el hilo del compilador entra en un
safepoint DFG sin procesar dentro de `tryGetConstantProperty()` después de leer la propiedad, pero antes de devolverla
al llamador. Eso permite que el hilo principal ejecute el GC mientras el valor de celda obsoleto sigue existiendo como un local nativo
sin procesar en el lado del compilador. En el PoC actual de Linux x86_64, el fallo revalidado de forma fiable ocurre más tarde
en el marcado de GC, donde `SlotVisitor` acaba desreferenciando una celda obsoleta inválida mientras recorre las referencias del montón.
La pila de fallo actual demuestra que la maquinaria de GC posterior consume el valor obsoleto; no demuestra por sí sola la ranura
de contenedor exacta desde la que se alcanzó ese puntero obsoleto.

### 2.4 Sitios de llamada

Dos lugares en el pipeline de DFG pasan incondicionalmente el resultado de `tryGetConstantProperty()` a `freeze()`:

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