OpenSSL的Heartbleed漏洞原理及简单模拟

Heartbleed漏洞

    自从Heartbleed漏洞曝光以来，网上能看到很多相关的文章，但大部分都是写的云里雾里，本文尝试直观明了的对漏洞原理进行说明及模拟。

    OpenSSL是SSL协议以及一系列加密算法的开源实现，使用C语言编写。OpenSSL采用Apache开源协议，可以免费用于商业用途，在很多linux发行版和服务器中得到广泛应用。OpenSSL出现漏洞造成的影响是巨大的，Heartbleed漏洞被称作“历史上最为严重的网络安全漏洞”。

    Heartbleed漏洞最先由国际网络安全研究和一位Google研发人员在4月3日独立发现。但直到4月7日，OpenSSL1.0.1g版本发布修复这个漏洞，漏洞信息才得以公开。这也是防止补丁发布之前大批黑客得知这个漏洞并进行攻击。而自2011年12月31日，漏洞就已经存在，已经有报道表明漏洞消息发布之前曾有黑客利用Heartbleed进行攻击。

漏洞原理

    TLS位于传输层和应用层之间，提供数据安全加密。TLS心跳指的是用户向服务器发送数据包，服务器返回一个相同的数据包以确定彼此在线，以支持持续通信功能。

    用户向服务器发送的心跳数据中用两个字节表明有效负载数据长度，而服务器端OpenSSL将根据这个有效负载长度构造一个新的数据包会送给对端。

    简单的说，服务器端得到数据包，数据包长度为plen_real，而数据包中包含一个字节表明有效负载数据长度plen_fake，数据包剩下的部分是有效负载数据，长度为plen_real-1。整个数据包存储在一个char型数组之中。而服务器端构造新数据包时，先分配一段plen_fake+1的内存空间，前两个字节存放plen_fake，之后使用memcpy从收到的数据包有效负载数据起始位置向新数据包拷贝plen_fake字节数据。正常情况下plen_fake = plen_real-1，当用户有意设置plen_fake大于实际有效负载长度plen_real-1时，服务器就会发送plen_fake长度的数据，其中包括plen_fake - plen_real-1长度的数据，这些数据可能是一些用户密码或者密钥。

模拟实现

#include<malloc.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>

#define plen_real 5 //获得的数据包长度
int main(){
   char other1[100] ;memset(other1,'E',100);
   char package_send[plen_real ] = {0xF,'d','a','t','a'};//获得的数据包
   char other2[100] ;memset(other2,'E',100);
   char* pdata = package_send+1;
   int plen_fake = package_send[0];
   char* package_return = (char*)malloc(plen_fake +1 );//新数据包
   memcpy(package_return+1, pdata, plen_fake);
   
   printf("package data send:\n");
   for(int i = 1;i<plen_real;i++) printf("%c",package_send[i]);
   printf("\n");
   
   printf("package data send back:\n");
   for(int i = 1;i<plen_fake +1;i++) printf("%c",package_return[i]);
   printf("\n");
   
   return 0;
}

    使用 ideone.com 在线编译器，选择c99标准，输出结果为：

package data send:
data
package data send back:
dataEEEEEEEEEEE

    可以看到服务器返回了不当信息，可能包括用户密码、密钥等敏感信息。

    上述描述为了简化，省去了数据包中的padding、type等字段信息，但原理是一样的。而有效负载数据长度plen_fake其实是用两个字节表示的，2^16 = 64k，这也是为什么最多会64kB泄露数据。

漏洞修复

    修复方法很简单，只要在生成返回数据包之前检查plen_fake是否正确即可。

    OpenSSL补丁采用的方式是如果plen_fake大小不对，默认此数据包为黑客发起的攻击，直接return不做回应。例如：

#include<malloc.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>


#define plen_real 5
int main(){
   char other1[100] ;memset(other1,'E',100);
   char package_send[plen_real ] = {0xF,'d','a','t','a'};
   char other2[100] ;memset(other2,'E',100);
   char* pdata = package_send+1;
   int plen_fake = package_send[0];

   //出错则认为用户恶意操作，不做应答
   if(1 > plen_real ) return 1;
   if(1 + plen_fake > plen_real ) return 1;


   char* package_return = (char*)malloc(plen_fake +1 );
   memcpy(package_return+1, pdata, plen_fake);
   
   printf("package data send:\n");
   for(int i = 1;i<plen_real;i++) printf("%c",package_send[i]);
   printf("\n");
   
   printf("package data send back:\n");
   for(int i = 1;i<plen_fake +1;i++) printf("%c",package_return[i]);
   printf("\n");
   
   return 0;
}

    OpenSSL补丁代码修改在这里：链接。

    转载请注明作者Focustc、出处(blog.csdn.net/caozhk/article/details/23738971)