В современном мире мобильных и десктопных приложений безопасность данных приобретает первостепенное значение. Пользователи ожидают, что их личная информация будет надежно защищена, а разработчики вынуждены повышать уровень защиты своих продуктов. Apple предоставляет разработчикам мощный набор инструментов в Xcode для включения так называемой функции Enhanced Security — расширенной безопасности, которая значительно снижает риски эксплуатации уязвимостей в приложениях на платформах iOS, iPadOS, macOS, visionOS и других. Внедрение Enhanced Security позволяет выявлять и предотвращать различные проблемы безопасности, такие как выход за пределы памяти, использование уже освобожденной памяти и другие потенциальные уязвимости. Для достижения этой цели в Xcode предусмотрена целая коллекция настроек сборки и системных разрешений (entitlements), направленных на ужесточение контроля и защиту на уровне операционной системы и приложения.
Прежде чем подключить Enhanced Security, важно тщательно оценить модель угроз для вашего приложения. Работа этих защитных механизмов может повлиять на производительность и устойчивость программы, в особенности если она изначально не разрабатывалась с учетом подобных мер защиты. Поэтому тестирование и адаптация к новым требованиям — обязательные шаги на пути к безопасному продукту. Включить повышенную безопасность можно через редактор подписей и возможностей в Xcode, добавив нужную capability. После этого в профиль вашей подписи интегрируются следующие меры: активация твёрдого процесса, подозрительный режим жесткой кучи, дополнительные ограничения на платформе во время выполнения, а также прочие усовершенствованные параметры, в числе которых усиление контроля над памятью.
Одним из ключевых компонентов Enhanced Security является подготовка приложения к использованию pointer authentication — технологии аутентификации указателей. При компиляции под архитектуру arm64e система формирует цифровые подписи для всех используемых указателей, чтобы при доступе к памяти удостоверяться, что эти указатели не были подделаны или повреждены. Если выявляется несовпадение подписи, приложение аварийно завершается. Такое поведение значительно препятствует попыткам взлома, связанных с переписыванием памяти и подменой данных. Для разработки с применением pointer authentication в код следует включать специальные обозначения (__ptrauth), которые подсказывают компилятору, где должна работать защита указателей.
При этом важна аккуратность работы с этими переменными, так как попытка напрямую подменить указатель вызовет исключение и падение приложения. Разработчику необходимо использовать механизмы повторной подписи и явной обработки, чтобы соблюдать целостность указателей. Еще одним важным элементом, поддерживаемым в Enhanced Security, является «typed allocator» — типизированное выделение памяти. Оно позволяет компилятору более точно отслеживать типы и размеры выделяемых объектов, что снижает вероятность ошибок, связанных с неправильным использованием памяти или ее повреждением. При этом возможна необходимость адаптировать собственные функции-обертки для выделения памяти, чтобы они корректно соответствовали новым требованиям.
Аппаратная маркировка памяти (hardware memory tagging) — еще одна инновационная технология, активируемая в Enhanced Security. При ее включении каждый новый блок памяти и указатели на него снабжаются специальным тегом. При доступе к памяти система сверяет тег указателя с тегом выделенной зоны. Если тег не совпадает, приложение не выполняет небезопасный доступ, а аварийно завершается — это помогает выявить и предотвратить такие ошибки, как использование памяти после освобождения или выход за пределы выделенного буфера. Для удобства в процессе разработки предусмотрен так называемый «мягкий режим» аппаратной маркировки памяти.
В этом режиме вместо реального завершения работы приложение генерирует имитацию падения, что позволяет отлавливать ошибки во время тестирования без негативных последствий для пользователя. После тщательной отладки рекомендуется отключать мягкий режим для полноценной защиты конечных пользователей. Еще один защитный механизм — инициализация локальных переменных нулями на этапе выделения памяти стека. Эта опция препятствует риску использования неинициализированной или ранее освобожденной памяти, который может привести к трудноуловимым ошибкам и уязвимостям. Несмотря на незначительное влияние на производительность, такая практика помогает значительно повысить надёжность кода.
Включение Enhanced Security автоматически активирует ряд значимых предупреждений компилятора, которые способствуют выявлению потенциально небезопасных участков кода. Например, контроль теней переменных, пустых тел управляющих конструкций или неправильно используемых функций memcpy и printf. Компилятор также обращает внимание на выходы за границы массивов и подозрительные операции с памятью. Это помогает разработчикам улучшать качество кода и предотвращать распространенные ошибки еще на этапе сборки. Для проектов, использующих C++, Enhanced Security включает режим жесткой проверки безопасности в стандартной библиотеке.
В режиме fast hardening выполняются проверки правильности доступа к элементам контейнеров, валидности передаваемых диапазонов и других параметров. При нарушении срабатывает аварийное завершение, что позволяет ловить ошибки на ранних стадиях. Разработчики имеют возможность менять уровень жесткости проверок, регулируя макрос _LIBCPP_HARDENING_MODE в конкретных исходных файлах. Дополнительные ограничения времени выполнения обеспечивают надежность при работе с динамическими библиотеками и межпроцессным взаимодействием через Mach IPC. Для проектов, активно использующих эти механизмы, они могут привести к необходимости изменений в коде, чтобы избежать аварийных завершений при обнаружении потенциально небезопасных ситуаций.
Для остальных приложений включение этих ограничений обычно проходит без осложнений. Одной из важных мер защиты является защита внутреннего состояния платформы путем перевода определенных областей памяти в режим только для чтения. Это препятствует случайному или злонамеренному модифицированию системных данных приложением. Если ваш код пытается изменить защищенные секции, приложение будет аварийно завершено, что требует изменения соответствующей логики. Защита в C включает улучшенные механизмы контроля за пределами памяти посредством компилятора с флагом -fbounds-safety.
