PPL — Page Protection Layer

PPL là execution context chạy tại EL1 nhưng với privilege cao hơn kernel thông thường. PPL bảo vệ page tables và code signing verification. A12 đến A14 (replaced by SPTM trên A15+).

Cơ Chế

Concept

Normal kernel code (EL1):
  ✗ Không thể modify page tables trực tiếp
  ✗ Không thể thay đổi code signing state
  ✗ Không thể map executable pages

PPL code (EL1, special mode):
  ✓ Full access to page tables
  ✓ Code signing verification
  ✓ Manage pmap structures

Transition: kernel → PPL qua gated call interface
  ppl_enter() → switch to PPL context
  PPL operation
  ppl_leave() → return to normal kernel

Implementation

PPL dùng APRR (Apple Page Protection Register) để thay đổi permissions
tùy thuộc vào execution context:

  Normal kernel:  page table pages = read-only
  PPL context:    page table pages = read-write

APRR remaps permission bits per-EL:
  - Kernel code reading page table → APRR says "read-only"
  - PPL code reading page table → APRR says "read-write"

Protected Operations

Qua PPL:
  - pmap_enter() → create page table entries
  - pmap_remove() → remove page table entries  
  - pmap_protect() → change page permissions
  - Code signing page verification
  - Trust cache management

NOT qua PPL:
  - Normal kernel memory allocation (kalloc, zalloc)
  - Process scheduling
  - File I/O
  - Networking

Tại Sao PPL Quan Trọng Cho Exploitation

Không có PPL:
  kernel r/w → modify page table → map executable page → run arbitrary code

Có PPL:
  kernel r/w → CÓ THỂ ĐỌC page tables nhưng KHÔNG THỂ GHI
  → Cần PPL bypass để modify page tables
  → Cần PPL bypass để inject executable code

PPL Bypass Techniques

1. Operation Triangulation (2023)

- Exploit sử dụng UNDOCUMENTED hardware MMIO registers
- Registers cho phép modify page table entries WITHOUT going through PPL
- Apple không biết registers này tồn tại (hoặc quên protect)
- Fix: Apple removed/protected these registers

Impact: Full PPL bypass → map any physical address → code execution

2. PPL Logic Bugs

- Bug trong PPL code itself
- PPL is C code → có thể có bugs
- Nhưng PPL codebase nhỏ → ít attack surface

Ví dụ:
  - pmap_enter với crafted arguments → bypass checks
  - Race condition trong PPL transition

3. Physical Memory Attack (Pre-SPTM)

Với physrw (physical read/write):
  - PPL protects page tables via APRR (virtual permission remapping)
  - Nhưng physrw bypasses virtual permissions entirely
  - → Directly modify page table physical memory
  - → PPL protection ineffective against physical access

Đây là lý do Apple replace PPL bằng SPTM:
  SPTM chạy tại EL2 → controls physical page types
  → Physrw qua dangling user page CANNOT touch kernel/page-table pages

Dopamine PPL Bypass

Dopamine jailbreak (iOS 15-16):
  1. kfd exploit → kernel read/write
  2. PPL bypass dựa trên Operation Triangulation technique:
     - Dùng hardware MMIO registers modify page tables
  3. Trust cache injection (giờ có thể vì page table control)
  4. Rootless jailbreak installation

Tài Nguyên