“缓冲区溢出攻击”原理分析及实例演示

一.原理分析

缓冲区溢出是一种非常普遍、非常危险的漏洞，在各种操作系统、应用软件中广泛存在。利用缓冲区溢出攻击，可以导致程序运行失败、系统宕机、重新启动等后果。更为严重的是，可以利用它执行非授权指令，甚至可以取得系统特权，进而进行各种非法操作。

要了解缓冲区溢出攻击，就得先了解程序函数调用的栈内存分布：

如上图所示：堆栈帧的顶部为函数的实参，下面是函数的返回地址以及前一个堆栈帧的指针，最下面是分配给函数的局部变量使用的空间。一个堆栈帧通常都有两个指针，其中一个称为堆栈帧指针，另一个称为栈顶指针。前者所指向的位置是固定的，而后者所指向的位置在函数的运行过程中可变。因此，在函数中访问实参和局部变量时都是以堆栈帧指针为基址，再加上一个偏移。对照图可知，实参的偏移为正，局部变量的偏移为负。

那么当函数的局部变量有一个为字符串时，函数调用的栈会怎么分布呢？

void fun(const char* input) { char buf[8]; }

1 2 3 4

void fun ( const char * input ) {        char buf [ 8 ] ; }

如上代码所示的函数调用栈为：

如图所示，操作系统在给buf分配栈空间时，看到buf的长度为8，即申请8个字节长的地址空间，然后按照倒序将buf的内容填充入栈地址中。而缓冲区溢出攻击正是利用这一机制，如果将长度大于8的一个字符串赋值给buf，那么操作系统就会倒序一直填充栈地址，导致覆盖掉了”previous frame pointer”和”return adress”，而攻击者如果让覆盖”return adress”的内容为一个有意义的地址，即攻击者想要让操作系统执行的攻击代码，那么当函数返回时就会去执行攻击代码达到了攻击者的目的。

图中灰色的区域会根据不同的机器硬件，不同的操作系统而有长度的变化。

二.实例演示

以下面代码为例：

#include ; void fun(const char* input) { char buf[8]; printf("Addr of buf = %p", &buf); strcpy(buf,input); printf("n%sn", buf); } void haha() { printf("nOK!success"); } int main(int argc, char* argv[]) { printf("Address of foo=%pn",fun); printf("Address of haha=%pn",haha); char ss[]="ABCDEFGHIGKL12ABCDEFx58x013x40x00"; fun(ss); return 0; }

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

#include ; void fun ( const char * input ) {        char buf [ 8 ] ;        printf ( "Addr of buf = %p" , & amp ; buf ) ;        strcpy ( buf , input ) ;        printf ( "n%sn" , buf ) ; } void haha ( ) {      printf ( "nOK!success" ) ; } int main ( int argc , char * argv [ ] ) {          printf ( "Address of foo=%pn" , fun ) ;          printf ( "Address of haha=%pn" , haha ) ;          char ss [ ] = "ABCDEFGHIGKL12ABCDEFx58x013x40x00" ;          fun ( ss ) ;          return 0 ; }

如上，当代码第18行的fun()函数调用结束后，应该换回19行的return 0;执行，但如果我们传入fun()的ss参数在给buf赋值时，ss的长度大于buf的长度，覆盖了栈中buf上面return adress区域，而此区域正好是fun的返回地址，如果我们知道函数haha()的入口地址，那么可以把此入口地址填入return adress处，这样当fun执行完后，就会“很神奇”的去执行haha()函数，如果haha()函数是一段恶意代码，那么就实现了所谓的缓冲区溢出攻击。

我们在windows下用codeblocks演示整个实验的过程：

1.得到haha()函数的地址，通过第16行打印我们可以得到，如下图所示，haha的地址以16进制的形式显示为00401358。

2.我们得获得fun函数执行完成后的返回地址，也就是return 0;语句的地址。进入调试模式，通过查看编译后的汇编语言，可以看到ret语句（最后一行）的返回地址为004013C7。

3.查看fun()函数buf存放地址与其返回地址之间的距离，由图中有深蓝背景的区域我们可以看到为fun的返回地址。这个地址与buf的开始地址即下图所示地址的开始（由其中内容可看到为我们赋值的“41 42 43..”,即AB…）距离为20,所以我们只需要将buf变成长度为25,从21-24字节为haha的地址即可。

4.又由于操作系统在分配内存是用了大端对齐的方式，所以每个字节应该倒叙填入即为“58 13 40 00”，程序19行可见。我们用已经写好的溢出字符串调试程序，可见如下图，返回地址已经变成了haha()的地址。

5.然后运行程序可以看到如下结果，执行了haha()中的代码输出了“OK!Success”。实验成功

二.如何防止此类攻击

C语言编译器充分信任编程人员，认为在进行strcpy()这些字符串操作时，参数长度的检查应该由编程人员完成。而如果编程人员忽略了这一点，程序就有了漏洞，攻击者就有机可趁，所以写C语言时一定要注意了。