堆栈溢出 - 入门篇

本讲的预备知识:
你应该了解intel汇编语言,熟悉寄存器的组成和功能。你必须有堆栈和存储分配方面
的基础知识,有关这方面的计算机书籍很多,我将只是简单阐述原理,着重在应用。

1:首先复习一下基础知识。

从物理上讲,堆栈是就是一段连续分配的内存空间。在一个程序中,会声明各种变量。静态
全局变量是位于数据段并且在程序开始运行的时候被加载。而程序的动态的局部变量则分配
在堆栈里面。

从操作上来讲,堆栈是一个先入后出的队列。他的生长方向与内存的生长方向正好相反。我
们规定内存的生长方向为向上,则栈的生长方向为向下。压栈的操作push=ESP-4,出栈的
操作是pop=ESP+4.换句话说,堆栈中老的值,其内存地址,反而比新的值要大。
请牢牢记住这一点,因为这是堆栈溢出的基本理论依据。

在一次函数调用中,堆栈中将被依次压入:参数,返回地址,EBP。如果函数有局部变量,
接下来,就在堆栈中开辟相应的空间以构造变量。函数执行结束,这些局部变量的内容将被
丢失。但是不被清除。在函数返回的时候,弹出EBP,恢复堆栈到函数调用的地址,弹出返回
地址到EIP以继续执行程序。

在C语言程序中,参数的压栈顺序是反向的。比如func(a,b,c)。在参数入栈的时候,是:
先压c,再压b,最后a.在取参数的时候,由于栈的先入后出,先取栈顶的a,再取b,最后取c。
(PS:如果你看不懂上面这段概述,请你去看以看关于堆栈的书籍,一般的汇编语言书籍都
会详细的讨论堆栈,必须弄懂它,你才能进行下面的学习)

2:好了,继续,让我们来看一看什么是堆栈溢出。

2.1:运行时的堆栈分配

堆栈溢出就是不顾堆栈中分配的局部数据块大小,向该数据块写入了过多的数据,导致数据
越界。结果覆盖了老的堆栈数据。

比如有下面一段程序:
程序一:
#include <stdio.h>
int main ( )
{
char name[8];
printf("Please type your name: ");
gets(name);
printf("Hello, %s!", name);
return 0;
}

编译并且执行,我们输入ipxodi,就会输出Hello,ipxodi!。程序运行中,堆栈是怎么操作的呢?

在main函数开始运行的时候,堆栈里面将被依次放入返回地址,EBP。

我们用gcc -S 来获得汇编语言输出,可以看到main函数的开头部分对应如下语句:

pushl %ebp
movl %esp,%ebp
subl $8,%esp

首先他把EBP保存下来,,然后EBP等于现在的ESP,这样EBP就可以用来访问本函数的
局部变量。之后ESP减8,就是堆栈向上增长8个字节,用来存放name[]数组。现在堆栈
的布局如下:

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ ][ ][ ]
^&name
栈顶部 堆栈底部

执行完gets(name)之后,堆栈如下:

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ipxodi/0 ][ ][ ]
^&name
栈顶部 堆栈底部

最后,main返回,弹出ret里的地址,赋值给EIP,CPU继续执行EIP所指向的指令。


2.2:堆栈溢出

好,看起来一切顺利。我们再执行一次,输入ipxodiAAAAAAAAAAAAAAA,执行完
gets(name)之后,堆栈如下:

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ipxodiAA][AAAA][AAAA].......
^&name
栈顶部 堆栈底部

由于我们输入的name字符串太长,name数组容纳不下,只好向内存顶部继续写
‘A’。由于堆栈的生长方向与内存的生长方向相反,这些‘A’覆盖了堆栈的
老的元素。 如图
我们可以发现,EBP,ret都已经被‘A’覆盖了。在main返回的时候,就会把
‘AAAA’的ASCII码:0x41414141作为返回地址,CPU会试图执行0x41414141处
的指令,结果出现错误。这就是一次堆栈溢出。

3:如何利用堆栈溢出

我们已经制造了一次堆栈溢出。其原理可以概括为:由于字符串处理函数
(gets,strcpy等等)没有对数组越界加以监视和限制,我们利用字符数组写
越界,覆盖堆栈中的老元素的值,就可以修改返回地址。

在上面的例子中,这导致CPU去访问一个不存在的指令,结果出错。

事实上,当堆栈溢出的时候,我们已经完全的控制了这个程序下一步的动作。
如果我们用一个实际存在指令地址来覆盖这个返回地址,CPU就会转而执行我
们的指令。  

你可能感兴趣的:(堆栈溢出 - 入门篇)