堆栈溢出

本讲的预备知识： 
首先你应该了解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。其次，
你应该了解linux，本讲中我们的例子将在linux上开发。 

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。