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特权级转移 之 保护模式下数据段特权级保护依据

时间:2024-06-07 02:34:34

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特权级转移 之 保护模式下数据段特权级保护依据

提炼:

1 对于数据段 ,处理器进行特权级检查的时机 就是为段寄存器赋值的那一个时刻

在保护模式下 当处理器对段寄存器进行赋值的时候,处理器就会使用规则进行特权级的检查。如:

mov ax, Data32Selector

mov ds, ax

2 数据段的特权级保护规则就是

CPL <= DPL && RPL <= DPL,即代码段特权级 与 数据段选择子请求特权级RPL 都要高于或等于 DPL特权级

3 对于栈段,当为SS寄存器赋值的时候,使用规则 :

(CPL == RPL) && (CPL == DPL) 保证特权级的匹配

回顾:特权级的表现形式

CPL : 当前可执行代码段的特权级,由CS寄存器最低2位定义

DPL : 内存段的特权级,在段描述符表中定义

RPL : 选择子的特权级,由选择子的最低两位定义

回顾 CPL与DPL 的关系

代码段DPL

在保护模式中,每一个代码段都定义了一个DPL,当处理器从A代码段 成功跳转到B代码段执行。

跳转前:CPL = DPL(A)

跳转后:CPL = DPL(B)

即:

当代码段A执行的时候,当前的特权级CPL就是我们所定义的A代码段的特权级DPL,当成功跳转到B代码段的时候,当前的特权级CPL就变换成B代码段的特权级DPL

数据段DPL

在保护模式中,每一个数据段都定义了一个DPL,当处理器执行过程中需要访问数据时:

CPL <= DPL(数据段)

可执行代码访问数据段时,当前可执行代码段的特权级CPL 要高于等于 要访问的内存段的特权级DPL,否则权限不够

CPL: 代码段执行特权级

RPL: 选择子请求特权级

DPL: 目标内存段特权级

场景:

当前代码段的执行权限是CPL,他想访问某个数据段中的数据,那么他需要使用该数据段的选择子访问该数据段,这时候选择子也有一个请求特权级RPL,而目标数据段本身也是有一个DPL内存段特权级

如 :

当前代码段执行特权级CPL=2

目标数据段 选择子请求特权级RPL=1

目标数据段 内存段特权级DPL=3

那么当前代码段是能够访问该数据段的,因为它本身的执行权限大于数据段内存特权级,并且使用选择子请求访问数据段时,请求特权级也是高于数据段内存段特权级的。

可以将 代码段执行特权级 理解为某个人,将选择子请求特权级 理解为 访问内存段的大门密码,将内存段特权级理解为门后面的物品。

实验1

当: CPL = 2, RPL = 1, DPL = 3, 访问是否合法? ===> yes

32位代码段 代码段执行特权级CPL = 2,

32数据段 目标内存段特权级 = 3

32数据段 选择子请求特权级 = 1

;代码段 内存段特权级是2

CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL2

;数据段 内存段特权级是3

DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL3

;代码段 选择子请求特权级是2

Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2

;数据段 选择子请求特权级是1

Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1

很明显 代码段的执行特权级 与 数据内存段的选择子请求特权级 权限都高于 数据段目标内存段特权级。所以可以访问

注意: 当前32位代码段特权级是2,而16位是模式代码段执行特权级是0,高于32位保护模式代码段执行特权级,所以跳转到32位代码段需要 降特权级!!! retf指令

%include "inc.asm"org 0x9000jmp ENTRY_SEGMENT[section .gdt]; GDT definition; 段基址, 段界限, 段属性GDT_ENTRY :Descriptor 0, 0, 0;代码段 内存段特权级是2CODE32_DESC:Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL2;显存段 内存段特权级是3VIDEO_DESC:Descriptor 0xB8000,0x07FFF, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3;数据段 内存段特权级是2DATA32_DESC:Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL3;栈段 内存段特权级是2STACK32_DESC :Descriptor 0,TopOfStack32, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL2; GDT endGdtLen equ $ - GDT_ENTRYGdtPtr:dw GdtLen - 1dd 0; GDT Selector;代码段 选择子请求特权级是0Code32Selectorequ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2;显存段 选择子请求特权级是3VideoSelectorequ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3;数据段 选择子请求特权级是1Data32Selectorequ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1;栈 段 选择子请求特权级是0Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2; end of [section .gdt]TopOfStack16 equ 0x7c00[section .s16][bits 16]ENTRY_SEGMENT:mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, TopOfStack16; initialize GDT for 32 bits code segmentmov esi, CODE32_SEGMENTmov edi, CODE32_DESCcall InitDescItemmov esi, DATA32_SEGMENTmov edi, DATA32_DESCcall InitDescItemmov esi, STACK32_SEGMENTmov edi, STACK32_DESCcall InitDescItem; initialize GDT pointer structmov eax, 0mov ax, dsshl eax, 4add eax, GDT_ENTRYmov dword [GdtPtr + 2], eax; 1. load GDTlgdt [GdtPtr]; 2. close interruptcli ; 3. open A20in al, 0x92or al, 00000010bout 0x92, al; 4. enter protect modemov eax, cr0or eax, 0x01mov cr0, eax; 5. jump to 32 bits code;降特权级跳转 由高到低push Stack32Selector ; 目标栈段选择子push TopOfStack32; 栈顶指针位置push Code32Selector ; 目标代码段选择子push 0 ; 目标代码段偏移retf;jmp word Code32Selector : 0; esi --> code segment label; edi --> descriptor labelInitDescItem:push eaxmov eax, 0mov ax, csshl eax, 4add eax, esimov word [edi + 2], axshr eax, 16mov byte [edi + 4], almov byte [edi + 7], ahpop eaxret[section .dat][bits 32]DATA32_SEGMENT:DTOSdb "D.T.OS!", 0DTOS_OFFSET equ DTOS - $$Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT[section .s32][bits 32]CODE32_SEGMENT:mov ax, VideoSelectormov gs, axmov ax, Data32Selectormov ds, axmov ax, Stack32Selectormov ss, axmov eax, TopOfStack32mov esp, eaxmov ebp, DTOS_OFFSETmov bx, 0x0Cmov dh, 12mov dl, 33call PrintString ;打印jmp $; ds:ebp --> string address; bx --> attribute; dx --> dh : row, dl : colPrintString:push ebppush eaxpush edipush cxpush dxprint:mov cl, [ds:ebp]cmp cl, 0je endmov eax, 80mul dhadd al, dlshl eax, 1mov edi, eaxmov ah, blmov al, clmov [gs:edi], axinc ebpinc dljmp printend:pop dxpop cxpop edipop eaxpop ebpretCode32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT;显存段[section .gs][bits 32]STACK32_SEGMENT:times 1024 * 4 db 0Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENTTopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1

实验2

CPL = 0, RPL = 3, DPL = 2, 访问是否合法? ===> no

注意1 此时

32位代码段 代码段执行特权级CPL = 0

32数据段 目标内存段特权级 = 2

32数据段 选择子请求特权级 = 3

很明显 选择子请求特权级 低于 目标内存段特权级。不符合数据段的反问规则,无权访问

注意2:当前32位代码段特权级是0,16位是模式代码段执行特权级也是0,所以此时跳转 不涉及特权级转移,直接使用选择子跳转

;代码段 内存段特权级是0

CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL0

;数据段 内存段特权级是2

DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL2

;代码段 选择子请求特权级是0

Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0

;数据段 选择子请求特权级是1

Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3

%include "inc.asm"org 0x9000jmp ENTRY_SEGMENT[section .gdt]; GDT definition; 段基址, 段界限, 段属性GDT_ENTRY :Descriptor 0, 0, 0;代码段 内存段特权级是2CODE32_DESC:Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL0;显存段 内存段特权级是3VIDEO_DESC:Descriptor 0xB8000,0x07FFF, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3;数据段 内存段特权级是2DATA32_DESC:Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL2;栈段 内存段特权级是2STACK32_DESC :Descriptor 0,TopOfStack32, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL2; GDT endGdtLen equ $ - GDT_ENTRYGdtPtr:dw GdtLen - 1dd 0; GDT Selector;代码段 选择子请求特权级是0Code32Selectorequ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0;显存段 选择子请求特权级是3VideoSelectorequ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3;数据段 选择子请求特权级是1Data32Selectorequ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3;栈 段 选择子请求特权级是0Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2; end of [section .gdt]TopOfStack16 equ 0x7c00[section .s16][bits 16]ENTRY_SEGMENT:mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, TopOfStack16; initialize GDT for 32 bits code segmentmov esi, CODE32_SEGMENTmov edi, CODE32_DESCcall InitDescItemmov esi, DATA32_SEGMENTmov edi, DATA32_DESCcall InitDescItemmov esi, STACK32_SEGMENTmov edi, STACK32_DESCcall InitDescItem; initialize GDT pointer structmov eax, 0mov ax, dsshl eax, 4add eax, GDT_ENTRYmov dword [GdtPtr + 2], eax; 1. load GDTlgdt [GdtPtr]; 2. close interruptcli ; 3. open A20in al, 0x92or al, 00000010bout 0x92, al; 4. enter protect modemov eax, cr0or eax, 0x01mov cr0, eax; 5. jump to 32 bits code;降特权级跳转 由高到低; push Stack32Selector ; 目标栈段选择子;push TopOfStack32; 栈顶指针位置; push Code32Selector ; 目标代码段选择子; push 0 ; 目标代码段偏移; retfjmp word Code32Selector : 0; esi --> code segment label; edi --> descriptor labelInitDescItem:push eaxmov eax, 0mov ax, csshl eax, 4add eax, esimov word [edi + 2], axshr eax, 16mov byte [edi + 4], almov byte [edi + 7], ahpop eaxret[section .dat][bits 32]DATA32_SEGMENT:DTOSdb "balabala zhang bao bao!", 0DTOS_OFFSET equ DTOS - $$Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT[section .s32][bits 32]CODE32_SEGMENT:mov ax, VideoSelectormov gs, axmov ax, Data32Selectormov ds, axmov ax, Stack32Selectormov ss, axmov eax, TopOfStack32mov esp, eaxmov ebp, DTOS_OFFSETmov bx, 0x0Cmov dh, 12mov dl, 33call PrintString ;打印jmp $; ds:ebp --> string address; bx --> attribute; dx --> dh : row, dl : colPrintString:push ebppush eaxpush edipush cxpush dxprint:mov cl, [ds:ebp]cmp cl, 0je endmov eax, 80mul dhadd al, dlshl eax, 1mov edi, eaxmov ah, blmov al, clmov [gs:edi], axinc ebpinc dljmp printend:pop dxpop cxpop edipop eaxpop ebpretCode32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT;显存段[section .gs][bits 32]STACK32_SEGMENT:times 1024 * 4 db 0Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENTTopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1

在加载DS寄存器的值时, RPL的值 和 CPL的值 都应该小于等于DPL。处理在执行 mov dx, ax 语句时,发现了RPL的值 和 CPL的值 不合法。从这里我们就可以看出,处理器在进行特权级检查的时机 就是为段寄存器赋值的那一个时刻。

在保护模式下 当处理器对段寄存器进行赋值的时候,处理器就会使用规则进行特权级的检查。如:

mov ax, Data32Selector

mov ds, ax

实验3

; CPL = 0, RPL = 1, DPL = 2, 访问是否合法? ===> yes

;代码段 内存段特权级是0

CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL0

;数据段 内存段特权级是2

DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL2

;代码段 选择子请求特权级是0

Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0

;数据段 选择子请求特权级是1

Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1

%include "inc.asm"org 0x9000jmp ENTRY_SEGMENT[section .gdt]; GDT definition; 段基址, 段界限, 段属性GDT_ENTRY :Descriptor 0, 0, 0;代码段 内存段特权级是2CODE32_DESC:Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL0;显存段 内存段特权级是3VIDEO_DESC:Descriptor 0xB8000,0x07FFF, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3;数据段 内存段特权级是2DATA32_DESC:Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL2;栈段 内存段特权级是2STACK32_DESC :Descriptor 0,TopOfStack32, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL2; GDT endGdtLen equ $ - GDT_ENTRYGdtPtr:dw GdtLen - 1dd 0; GDT Selector;代码段 选择子请求特权级是0Code32Selectorequ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0;显存段 选择子请求特权级是3VideoSelectorequ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3;数据段 选择子请求特权级是1Data32Selectorequ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1;栈 段 选择子请求特权级是0Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2; end of [section .gdt]TopOfStack16 equ 0x7c00[section .s16][bits 16]ENTRY_SEGMENT:mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, TopOfStack16; initialize GDT for 32 bits code segmentmov esi, CODE32_SEGMENTmov edi, CODE32_DESCcall InitDescItemmov esi, DATA32_SEGMENTmov edi, DATA32_DESCcall InitDescItemmov esi, STACK32_SEGMENTmov edi, STACK32_DESCcall InitDescItem; initialize GDT pointer structmov eax, 0mov ax, dsshl eax, 4add eax, GDT_ENTRYmov dword [GdtPtr + 2], eax; 1. load GDTlgdt [GdtPtr]; 2. close interruptcli ; 3. open A20in al, 0x92or al, 00000010bout 0x92, al; 4. enter protect modemov eax, cr0or eax, 0x01mov cr0, eax; 5. jump to 32 bits code;降特权级跳转 由高到低; push Stack32Selector ; 目标栈段选择子;push TopOfStack32; 栈顶指针位置; push Code32Selector ; 目标代码段选择子; push 0 ; 目标代码段偏移; retfjmp word Code32Selector : 0; esi --> code segment label; edi --> descriptor labelInitDescItem:push eaxmov eax, 0mov ax, csshl eax, 4add eax, esimov word [edi + 2], axshr eax, 16mov byte [edi + 4], almov byte [edi + 7], ahpop eaxret[section .dat][bits 32]DATA32_SEGMENT:DTOSdb "balabala zhang bao bao!", 0DTOS_OFFSET equ DTOS - $$Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT[section .s32][bits 32]CODE32_SEGMENT:mov ax, VideoSelectormov gs, axmov ax, Data32Selectormov ds, axmov ax, Stack32Selectormov ss, axmov eax, TopOfStack32mov esp, eaxmov ebp, DTOS_OFFSETmov bx, 0x0Cmov dh, 12mov dl, 33call PrintString ;打印jmp $; ds:ebp --> string address; bx --> attribute; dx --> dh : row, dl : colPrintString:push ebppush eaxpush edipush cxpush dxprint:mov cl, [ds:ebp]cmp cl, 0je endmov eax, 80mul dhadd al, dlshl eax, 1mov edi, eaxmov ah, blmov al, clmov [gs:edi], axinc ebpinc dljmp printend:pop dxpop cxpop edipop eaxpop ebpretCode32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT;显存段[section .gs][bits 32]STACK32_SEGMENT:times 1024 * 4 db 0Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENTTopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1

在当前的代码当中 数据段的访问已经合法了,然而此时栈段的内存特权级是2,所以在32位保护模式下 因为需要函数调用 所以必须要使用栈段,所以在使用栈段时候,处理器发现,特权级为0的代码 想使用特权级为2的栈段,肯定有问题啊!! 因为 不同的特权级要使用对应的不同的栈段!!! 0特权级就要使用0特权级的栈。而这里不匹配 当然会有异常!!! 所以处理器提示我们 在访问ss栈段的时候 cpl != rpl

将 栈段改成如下即可

;栈段 内存段特权级是0

STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack32, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL0

;栈 段 选择子请求特权级是0

Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0

结论:

对于栈段,当为SS寄存器赋值的时候,使用规则 :

(CPL == RPL) && (CPL == DPL) 保证特权级的匹配

所以在定义段的时候,我们绝大数情况下 我们会让 DPL == RPL, 即 让内存段特权级 == 选择子请求特权级 ,避免出现访问权限问题。

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