自我檢查事項(sandbox)

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隔離執行環境的建構

Trusted Execution Environment (TEE) 的應用為何？(舉出共筆以外的真實世界案例)

目前手機行動支付的運作模式分為 HCE (Host Card Emulation) 和 TSM (Trusted Service Manager) 前者為 Android Pay 採用的方式，後者則需要硬體安全元件（SE, Secure Element）作為 TEE ，包括 SWP-SIM 卡或特殊的 SDCard ，Apple Pay 則採用內建的獨立硬體作為安全元件。

使用者的付款資料儲存在安全元件中，需要時直接由 NFC Controller存取，不透過其他應用程式或裝置本身的 CPU
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Samsung手機內建的 KNOX 功能也為每支手機提供了獨立的硬體 key, 由 bootloader 開始確認裝置安全性，若偵測到裝置韌體被修改過就會觸發處理器中的 e-fuse 保護使用者的資料安全

refrence

是否已詳細閱讀 Moxie 處理器架構的 Architecture 文件？能否用 Moxie 組合語言寫出迴圈版本的 Fibonacci 數列程式？

Registers
- 16 個 32 bits register

Name	Description
fp	the frame pointer
sp	the stack pointer
r0~r13	general purpose registers

special registers
- 只能用 getter & setter inst. 操作
- get special register: inst. gsr
- set special register: inst. ssr
- 大多跟 Exception Handler 有關

Special Register	Description
0	status register with the following bit values
1	ptr to Exception Handler routine
2	upon invocation of Exception Handler, will have one of four values
3	the swi request number
4	addr. of the supervisor mode stack on which exceptions aree executed
5	retuen addr. upon entering the Exception Handler
6	reserved
7	reserved
8	reserved
9	an optional non-zero ptr to the Device Tree blob describing this device

instruction set

Instruction 長度皆為 16 bits, 有些會有 32 bits 長的常數作為後綴
指令太多了就不一一列出, 要用時直接去網站上查詢比較快

binutils, gcc, glibc, qemu 到 libffi 這些專案的作用為何？

binutils
- 用於處理 object code
- 包含 assembler, linker, gprof 等等功能
- 雖然根據維基來看說要搭配 gcc 使用, 不過 gcc 實際上就有包裝 binutils
gcc
- 大家都知道的編譯器套件
- 包含 compiler, assembler, linker 等各種各樣的功能
glibc
- C standard library
qemu
- 模擬器
- 可模擬整個 OS, KVM 加速後可接近實機速度
- 可模擬不同架構 CPU, 使編譯為其他架構的程式得以運行
libffi
- 提供跨語言呼叫函式的函式庫
- 僅提供最基本的功能
- 在使用時還需做參數格式轉換等處理

Intel 的 Software Guard Extensions 關鍵特性為何？並舉出共筆以外的應用案例

moxiebox 打造出隔離執行 (sandbox) 的運作環境該如何與外界溝通？列出對應的程式碼並解讀
- 提示: mmap 系統呼叫

輸入的主程式碼如下

static bool loadRawData(machine &mach, const string &filename)
{
    // open and mmap input file
    mfile pf(filename);
    if (!pf.open(O_RDONLY))
        return false;
 
    static unsigned int dataCount = 0;
    char tmpstr[32];
 
    // alloc new data memory range
    sprintf(tmpstr, "data%u", dataCount++);
    size_t sz = pf.st.st_size;
    addressRange *rdr = new addressRange(tmpstr, sz);
 
    // copy mmap'd data into local buffer
    rdr->buf.assign((char *) pf.data, sz);
    rdr->updateRoot();
 
    // add to global memory map
    return mach.mapInsert(rdr);
}

在這裡會將文件中的資料複製到記憶體中
被複製儲存的資料能經由 moxie_memmap 全域變數取得
這是一個 struct 指標, struct 結構如下

struct moxie_memory_map_ent {
    void *addr;
    size_t length;
    char tags[32 - 4 - 4];
};

addr 指向資料實際儲存的位址
length 為資料長度, 單位 byte
tags 用來標示資料
在用 src/sandbox 執行程式時輸出的文字就是跟資料有關

ep 00001000
ro 00000f8c-0000146c elf0        // tag elf0
rw 0000156c-000019d8 elf1        // tag elf1
rw 000029d8-000129d8 stack       // tag stack
ro 000139d8-00013a78 mapdesc     // tag mapdesc

輸出的主程式碼如下

src/sandbox.cc

// static void gatherOutput(machine &mach, const string &outFilename)
uint32_t vaddr = mach.cpu.asregs.sregs[6];
uint32_t length = mach.cpu.asregs.sregs[7];
if (!vaddr || !length)
    return;
                                                    
char *p = (char *) mach.physaddr(vaddr, length);

會從 $sr6 $sr7 取出記憶體位置與長度
再經由 physaddr 轉換為實體記憶體位置, 最後輸出為文件
輸出似乎不是單純把資料換為 ASCII 輸出

是否已詳閱文件 sandbox execution environment 呢？解釋法國的加密貨幣硬體錢包公司 Ledger 的 BOLOS 運作原理

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BOLOS 是利用 MOXIE VM 只能在封閉環境執行, 不能直接 I/O 的特性來運轉的
包括 private key , 生成 address 跟認証交易都會在 VM 中進行
外部環境能取得的只有被 API 限制的資訊, 且也無法對內部進行規範外操作

何謂 cross compiler 呢？我們為何需要？

cross compiler 能在平台上編譯不同架構處理器能運作的程式碼(例如在 x86 架構的主機上編譯 arm 執行檔，或是像 sandbox 作業一樣編譯出 moxie 執行檔)

應用情境：

執行檔實際要運作的機器和開發用的機器架構不同
執行檔要運作的機器不適合用於編譯程式(例如嵌入式環境/這次的 sandbox 環境)

ELF 執行檔格式包含哪些 section 呢？又在哪裡可見到詳細描述？

ELF 執行檔包含 .text/.init/.data 等 section, 可以透過 readelf -a <filename> 檢視 ELF 檔細節

是否已掌握 GNU gprof 的使用？運作原理為何？
- 提示: 參閱 raytracing 作業規範和共筆成果
是否已操作 remote GDB 呢？如何在執行時期檢驗載入的 ELF 執行檔裡頭 .text 和 .data section 內容呢？

是否詳讀文件遠端除錯並記錄心得呢？是否在 GNU/Linux 實際照著操作？又，遇到什麼問題呢？
- 提示: 硬體架構以不同，文章提及 IA32，但現在已是 x86_64 架構

參照開發紀錄

GDB 命令如 step 是如何透過 GDB stub 傳遞到 moxiebox 裡頭呢？兩邊的通訊協定又為何?
- 提示: 需要對照看 moxiebox 的 src/sandbox.cc 檔案內容和 GDB Remote Serial Protocol

參照開發紀錄

是否理解 GDB Macro 和 Command Files 呢？能否透過 moxiebox 進行練習呢？

Model Checking

cbmc 的作用為何？在什麼領域會需要呢？

cbmc可以用於檢查C/C++程式中的 Boundary checking: 例如指標存取是否合法/陣列存取是否超出範圍等等，可以用於預防可能出現的邏輯錯誤或程式編輯器檢查功能等

能否簡介自動機理論 (automata theory) 呢？

透過不同的狀態 (state) 和事件 (event) 進行運作，可以進行各種計算
常見的例如 compiler/text processing 等領域

model checking 中局部狀態表示每個主題執行通訊協定的過程，而所有局部狀態構成全域狀態，每個局部狀態的改變由主體的訊息接收、發送來觸發，能否舉出實際案例說明？

是否已編譯 cbmc 並用來分析 C 程式呢？若是，舉出詳細的操作和你的解讀
- 務必詳閱 CBMC: Bounded Model Checking for C/C++ and Java: A Short Tutorial
以 moxiebox 為例，能否使用 cbmc 來找出程式碼實作的缺陷 (或者自己創造) 呢？
在 GitHub 專案中找出使用 model checking 的案例，並且具體說明其作用 (當然要親自實驗)

第 6 週作業回顧

是否已知曉搭配 computed goto 實作更高效的 opcode dispatch 呢？舉例說明並且附上效能分析
- 運用 threaded code 的技巧，並以對應的 direct threading 解釋
何謂 tail recursion 呢？舉出具體而微的案例並用 perf 解釋細部差異 (特別是 cycle count 的落差)
是否理解 Fibonacci 數列求值的多種實作方式？若是，詳述之
GCC 如何從 3-address code 轉換，又如何轉換出給定 ISA 的組合語言程式？
目前採用的 LP64 資料模型下，int 實質為 32-bit，而
$f i b (46)$ 尚在 32-bit 能表示的數值範圍內，但
$f i b (47)$ 該如何處理？
Fibonacci sequence 在真實世界中究竟有何應用？
- 當然不能舉「用來刁難學生」這種案例
Fibonacci Q-Matrix 如何運作？
如何設計 CPU profiler 呢？
如果我們也想對 full-stack-hello 提出 GDB 支援，該如何實作 GDB stub 呢？

自我檢查事項(sandbox)

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隔離執行環境的建構

Model Checking

第 6 週作業回顧

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