缓冲区溢出攻击的原理分析与防范共22页
第7章缓冲区溢出攻击及防御技术ppt课件
2024/3/29
网络入侵与防范技术
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
7.1 缓冲区溢出概述
隐蔽性：
第三，由于漏洞存在于防火墙内部的主机上，攻击者可 以在防火墙内部堂而皇之地取得本来不被允许或没有权 限的控制权；
2024/3/29
网络入侵与防范技术
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
7.1 缓冲区溢出概述
什么是缓冲区？它是包含相同数据类型实例的一个 连续的计算机内存块。是程序运行期间在内存中分 配的一个连续的区域，用于保存包括字符数组在内 的各种数据类型。
Windows系统中缓冲区溢出的事例更是层出不穷。 2001年“红色代码”蠕虫利用微软IIS Web Server中
的缓冲区溢出漏洞使300 000多台计算机受到攻击； 2003年1月，Slammer蠕虫爆发，利用的是微软SQL
Server 2000中的缺陷； 2004年5月爆发的“振荡波”利用了Windows系统的活
产生碎片不同 对堆来说，频繁的new/delete或者malloc/free势必会造成 内存空间的不连续，造成大量的碎片，使程序效率降低。 对栈而言，则不存在碎片问题，因为栈是先进后出的队列， 永远不可能有一个内存块从栈中间弹出。
生长方向不同 堆是向着内存地址增加的方向增长的，从内存的低地址向高 地址方向增长。 栈的生长方向与之相反，是向着内存地址减小的方向增长， 由内存的高地址向低地址方向增长。
1999年w00w00安全小组的Matt Conover写了基于 堆缓冲区溢出专著，对堆溢出的机理进行了探索。
缓冲区溢出原因及解决
第三讲缓冲区溢出n1 缓冲区溢出问题简介n2 几种典型的缓冲区溢出n3 防范措施缓冲区溢出1 缓冲区溢出问题简介缓冲区溢出是一种常见的漏洞.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.这种错误的状态发生在写入内存的数据超过了分配给缓冲区的大小的时候,就像一个杯子只能盛一定量的水,如果放到杯子中的水太多,多余的水就会一出到别的地方。
由于缓冲区溢出，相邻的内存地址空间被覆盖，造成软件出错或崩溃。
如果没有采取限制措施，可以使用精心设计的输入数据使缓冲区溢出，从而导致安全问题。
缓冲区溢出缓冲区溢出问题的历史很长一段时间以来,缓冲区溢出都是一个众所周知的安全问题, C程序的缓冲区溢出问题早在70年代初就被认为是C语言数据完整性模型的一个可能的后果。
这是因为在初始化、拷贝或移动数据时，C语言并不自动地支持内在的数组边界检查。
虽然这提高了语言的执行效率，但其带来的影响及后果却是深远和严重的。
•1988年Robert T. Morris的finger蠕虫程序.这种缓冲区溢出的问题使得Internet几乎限于停滞,许多系统管理员都将他们的网络断开,来处理所遇到的问题. •1989年Spafford提交了一份关于运行在VAX机上的BSD版UNIX的fingerd的缓冲区溢出程序的技术细节的分析报告，引起了部分安全人士对这个研究领域的重视•1996年出现了真正有教育意义的第一篇文章, Aleph One在Underground发表的论文详细描述了Linux系统中栈的结构和如何利用基于栈的缓冲区溢出。
缓冲区溢出Aleph One的贡献还在于给出了如何写开一个shell的Exploit的方法，并给这段代码赋予shellcode的名称，而这个称呼沿用至今，我们现在对这样的方法耳熟能详--编译一段使用系统调用的简单的C程序，通过调试器抽取汇编代码，并根据需要修改这段汇编代码。
•1997年Smith综合以前的文章，提供了如何在各种Unix变种中写缓冲区溢出Exploit更详细的指导原则。
缓冲区溢出攻击的工作原理及防范策略
服 务病毒黑客图1 计算机程序内存存放示意图为了搞清楚“黑客”基于缓冲区溢出漏洞攻击的工作原理，我们先来分析一下计算机程序在内存中的存储和运行方式，计算机程序在内存中通常分为[1]程序段、数据段和堆栈部分，其具体存放策略如图示，程序段存放的是可执行的二进制机器代码或者只读数据，这个段的内容只允许读或者执行操作，不允许写服 务病毒黑客操作如下：首先把参数‘c’,’b’,’a’压入堆栈；然后保存指令寄存器(I P)中的内容，作为返回地址(R E T)；第三个放入堆栈的是基址寄存器(F P)；接着把当前的栈指针(S P)拷贝到F P，作为新的基地址；最后为函数变量留出一定空间，把S P减去适当的数值，使其指向局部变量的位置；执行完上述函数调用操作后，程序转到函数中继续执行，此时堆栈中的数据如图2所示。
图2 堆栈工作原理示意图函数执行完毕后，执行出栈操作，其中最主要的是将r e t送到I P中[3]，正常执行此操作会使程序返回到函数调用指令的下一条指令，继续程序的正常执行，不会产生缓冲区的溢出，那么什么情况下会产生缓冲区的溢出呢？让我们来分析一下面的程序。
Buffer_overflow.c void function(char *str){ char buffer[16]; strcpy(buffer,str);}void main(){ char large_str [512];int i; for( i = 0; i < 512; i++) large_str [i] = \'A\'; function(large_str); }在程序Buffer_overflow.c执行过程中，当调用函数function时，函数将字符串*str不经过边界检查，直接拷贝到内存区域buffer[16]。
此时堆栈结果如图3所示：首先将参数*str压入堆栈，占用512字节的内存，接着将返回地址将指令寄存器IP中的返回地址ret入栈，然后将基址指针FP入栈，最后分配16字节的函数局部变量存储空间，随后程序转入function执行，当执行完strcpy(buffer,str)指令后，溢出产生了，程序执行的结果是从buffer开始的512个字节都将被*str的内容\'A\'覆盖，包括基址指针SFP和程序返回地址ret,甚至部分*str的内容。
缓冲区溢出攻击原理与防范
缓冲区溢出攻击原理与防范1.程序预留了一块内存区域作为缓冲区，用于执行其中一种特定的操作，如字符串拼接、输入输出处理等；2.当输入的数据长度超过了这个缓冲区的大小时，多余的数据会溢出到相邻的内存区域中；3.攻击者利用输入超出缓冲区的长度来对溢出的数据进行控制，修改程序的执行流程；4.修改后的程序执行流程可以导致程序崩溃、系统崩溃、拒绝服务等问题，也可以用于执行任意的恶意代码。
为了防范缓冲区溢出攻击，可以采取以下几种措施：1.对输入进行有效的长度检查：在程序中对输入数据进行有效的长度检查，确保不会超过预定的缓冲区大小。
这样就可以避免发生缓冲区溢出。
2. 使用安全编程语言和工具：选择使用安全编程语言，如Rust、Go 等，这些语言具有安全性的内存管理机制，能够自动检查和防范缓冲区溢出问题。
此外，使用安全编程工具如静态代码分析工具、Fuzzing工具等也可以帮助发现和修复潜在的缓冲区溢出漏洞。
3.使用内存安全检查工具：使用内存安全检查工具，如利用内存隔离技术的地址空间布局随机化(ASLR)、点火检查器、堆栈保护机制等。
这些工具可以帮助检测和防范缓冲区溢出攻击。
4.最小特权原则：在设计软件时，采用最小特权原则，即仅分配程序所需的最小权限。
这样做可以确保即使发生缓冲区溢出攻击，攻击者也只能访问到最小特权内的信息，减少损失。
5.及时修复漏洞和更新软件：及时修复已知的缓冲区溢出漏洞，更新软件以获取最新的安全补丁是非常重要的。
由于缓冲区溢出攻击是一种常见的攻击方式，软件开发商通常会不断更新修复这方面的漏洞。
综上所述，缓冲区溢出攻击是一种常见的安全漏洞利用技术，可以对各种软件和操作系统进行攻击。
为了防范这种攻击，需要采取有效的措施，如对输入进行有效的长度检查、使用安全编程语言和工具、使用内存安全检查工具、采用最小特权原则以及及时修复漏洞和更新软件等。
这样可以有效地减少缓冲区溢出攻击带来的风险。
缓冲区溢出黑客攻击及防范技术的研究
关键词： 黑客 ； 网络 攻 击 ； 冲 区 溢 出 ； 范 缓 防
１ 概 述
试 探 性 攻 击 ， 后 执 行 类 似 “ｘｅｓ ） 执行 代 码 来 获得 具 有 ｒ ｔ 限 的 然 ｅｅ（ｈ 的 ｏ 权 ｏ
的就是使不进行边界检查或者有其他弱点的缓 冲区溢 出， 这样就扰乱了 程序正常的执行顺序 。通过使一个缓 冲区镒 出， 攻击者可以用暴力的方 法改写相邻的程序空间而直接跳过 了系统的检查 。 总之 ， 冲区溢 出是一种在各种操作 系统 、 用软件 中广泛存在危 缓 应 险的漏洞 ， 冲区溢出攻 击可以导致程序运行失败 、 缓 系统崩溃等后果 。 更 ３１ 缓 冲 区溢 出 ． 为 严 重 的是 ， 以利 用 它执 行 非 授 权指 令 ， 至 可 以 取 得 系统 特 权 ， 而 可 甚 进 堆 栈 溢 出 （ 称 缓 冲 区溢 出 ）攻击 是 最 常 用 的 黑 客攻 击技 术 之 一 。 进 行 各 种 非 法 操作 。第 一 个 缓 冲 区攻 击 — — Ｍｏ ｓ 虫 ， 生 在 十 多 年 又 ｍ 蠕 发 它 ０ ０多 台 网络 服 务 器 瘫 痪 。 Ｕ Ｉ 自身 以及 其 上 层 的许 多应 用 程 序都 是用 Ｃ语 言编 写 的 ， ＮＸ Ｃ语 言 不 前 ， 曾造 成 了全 世 界 ６ ０ 检查 缓 冲 区 的边 界 。 在某 些 情 况 下 ， 如果 用 户 输 入 的 数据 长度 超 过 应 用 ４ 缓 冲 区 溢 出攻 击 的 防 范 程 序 给定 的 缓 冲 区 ， 会 覆 盖 其 他 数 据 区 ， 称 作 “ 栈 溢 出或 缓 冲 溢 就 这 堆 传统安全工具如防火墙对缓冲区溢出攻击无 能为力 ， 因为攻击者传 出” 。 输 的数 据 分 组 并 无异 常 特 征 ， 有 任 何 欺 骗 。 另外 可 以用 来 实施 缓 冲 区 没 般情 况 下 ， 盖 其 他 数 据 区 的数 据 是 没 有 意 义 的 ， 多 造 成应 用 溢出攻击的字符串非常多样化 ， 覆 最 无法与正常数据有效地进行区分。缓 冲 程序错误 。 但是 ， 如果输入的数据是经过黑客精心设计的 ， 覆盖堆栈的数 区溢 出攻击不是一种窃密和欺骗的手段 ， 而是从计算机系统的最低层发 据恰恰是黑客的入侵程序代码， 黑客就获取了程序的控制权。如果该程 起攻击 ， 因此身份验证和访 问权限等安全策略对于缓冲区溢出攻击形 同 序恰好是以 ｒｏ运行 的， ｏｔ 黑客就 获得 了 ｒｏ 权 限， ｏｔ 然后就 可以编译黑 客 虚设 。通常采用 以下防范措施 。 程序 、 留下入侵后 门， 实施进一步攻击。 按照这种原理实现的黑客入侵就 １ 编写攻击防范的代码。缓冲区溢 出根源在于程序， 由编程错误 ） 是 叫做“ 堆栈溢出攻击” 。 引 起 的 。 防止 利 用缓 冲 区溢 出 发 起地 攻 击 ， 键 在 于 程序 开发 者 在 开 发 关 ３ 缓 冲 区溢 出攻 击 的原 理 ． ２ 程序时仔细检查溢出情况 ， 不允许数据溢出缓冲区。 ） ２ 非执行的缓冲区。 当正 常 的使 用 者操 作 程 序 的 时候 ， 进 行 的操 作 一 般 不 会 超 出程 序 使被攻击程序的数据段地址空间不可执行 ， 所 从而使 得攻击者不可能执行 的运行范围， 而黑客却利用缓冲长度界限 向程序输入超过其常规长度的 被植入 的攻击程序输入缓冲区的代码 ， 这种技术被称为非执行的缓冲区 内容 ， 造成缓 冲区的溢 出从 析破坏程序 的堆栈 ， 使程序运行 出现特殊 的 技 术 。 ） 组 边 界 检查 。数组 边 界 检 查 完 全 不会 有 缓 冲 区溢 出 的产 生和 ３数 问题转 而执行其他指令 ， 以达到攻击的 目的。造成缓冲区溢出的原因是 攻击。 只要数组不能被溢出 ， 溢出攻击也就无从谈起 。 为了实现数组边界 程序没有仔细检查用户输入的参数 ， 属于程序开发过程考虑不周 到的结 检查 ， 应检查所有数组操作范围 ， 还可 以用一些优化技术来减少检查的 果。 次数。４ 程序指针完整性检查。程序指针完整性检查指 的是在程序指针 ） 通 过 制造 缓 冲区 溢 出使 程 序 运 行 一 个用 户 ｓｅｌ ｈｌ ，再 通 过 ｓｅｌ 行 被 引 用之 前 检 测 到 它 的变 化 。 因 此 ， ｈ ｌ执 即使 一 个 攻 击 者 成 功地 改变 了程 序 其他 命 令 。如果 该 程 序属 于 ｒｏ 且有 ｓｉ 限 的话 。 击 者 就 获得 了一 的 指 针 ， 于 系统 事 先 检 测 到 了 指 针 的 变 化 ， 此 这 个 指 针 将 不 会 被 使 ｏｔ ｕｄ权 攻 由 因 个 有 ｒｏ权 限 的 ｓｅｌ可以 对 系统 进 行 任 意操 作 了 。 ｏｔ ｈｌ ， 用 。这 种 方 法 不 能解 决 所 有 的缓 冲 区溢 出 问题 ， 是 在 性 能 上 有 很 大 的 但 缓冲区溢出攻击之所以成为一种常见网络安全攻击手段 ， 其原因在 优 势 ， 且 兼 容性 也 很 好 。 而 于缓冲区溢 出漏洞普遍并且易于实现。 而缓冲区溢 出成为远程攻击的主 此外 ， 用户需要经常登录操作系统和应用程序提供商 的网站 ， 跟踪 要手段原 因在于缓 冲区溢出漏洞给予了攻击者想要的一切 ， 如植入并且 公 布 的 系 统 漏洞 ， 时 下 载补 丁程 序 ， 补 系统 漏 洞 。 及 弥 执 行攻 击 代 码 。 植 入 的 攻 击代 码 以一定 的权 限 运 行有 缓 冲区 溢 出 漏洞 被 总 结 的程序从而得 到被攻击主机的控制权 。 冲区溢 出是一种常见 的网络攻击方法 ，它易于攻击 而且危害性大 ， 在 １９ 年 Ｌｎ ｏ ９８ ｉｃｌ 验 室 用来 评 估 入 侵 检 测 的 五 种远 程 攻 击 中 ， ｎ实 有 给系统的安全带来了巨大的危险。因此 ， 如何及时有效地检测出计算机 两种是缓冲区溢 出。而在 １９ ９８年 Ｃ Ｒ Ｅ Ｔ的 ｌ ３份建议 中， ９份是与缓 网络系统入侵行为 ， 有 已成为网络安全信息管理的一项重要量工作。 冲 区溢 出 有关 的 。 １９ ， 少 有半 数 的建 议 是 和缓 冲 区有 关 的 。在 在 ９９年 至 参 考 文 献 Ｂ ｇｒｑ的调 查 中 ，有 分 之 二 的 被 调 查 者 认 为缓 冲 区溢 出漏 洞 是 一 个 ［］赵 有 恩 ， 守 军． 冲 区 溢 出攻 击 的 分析 及 防 范 『ＢＯＬ．ｔ ：ｗ ． ｕｔ ａ １ 周 缓 Ｅ ／ Ｊ ｔ ／ ｗｗ ｈｐ／
缓冲区溢出攻击的基本原理
缓冲区溢出攻击的基本原理1. 引言缓冲区溢出（Buffer Overflow）攻击是指攻击者利用程序设计中的缺陷，向缓冲区写入超出其容量的数据，从而覆盖到其他内存区域或者执行恶意代码。
这种攻击方式在软件开发和网络安全领域中被广泛研究，属于一种常见的安全漏洞。
让我们通过以下几个步骤深入了解缓冲区溢出攻击的基本原理。
2. 缓冲区溢出2.1 缓冲区缓冲区（Buffer）是计算机内存中一段预留给程序使用的存储区域，用于临时保存数据。
在C和C++等低级编程语言中，缓冲区通常是以数组的形式存在。
2.2 缓冲区溢出当程序收到输入数据超过预分配的缓冲区容量时，数据会溢出到相邻的内存区域。
由于这些相邻的内存区域往往存放着重要的数据或者程序代码，攻击者可以借此修改程序的行为，造成安全漏洞。
3. 缓冲区溢出攻击的过程3.1 寻找目标程序攻击者首先需要找到目标程序中存在缓冲区溢出漏洞的函数，一般是在程序中存在对用户输入进行处理的函数。
这些函数通常是目标程序接收外部输入的入口。
3.2 构造恶意输入攻击者构造一段特定的输入数据，超过目标程序预分配的缓冲区大小。
这段输入数据中通常包含恶意代码，也可以包含用于修改程序行为的特定数据。
3.3 栈溢出攻击者向目标程序发送构造的恶意数据。
当目标程序将恶意数据输入到缓冲区时，超过缓冲区容量的数据将溢出到栈（Stack）中。
3.4 覆盖返回地址栈是一种用于存储函数调用的内存结构，其中包含函数的返回地址。
攻击者通过溢出栈的方式，将恶意数据覆盖到返回地址上。
3.5 执行恶意代码当目标程序执行函数返回的时候，会跳转到被覆盖的恶意代码的地址。
这样，攻击者就成功地执行了恶意代码，从而实现了攻击的目的。
4. 防御机制为了有效防范缓冲区溢出攻击，开发者和安全工程师可以采取一些常见的防御措施。
4.1 输入验证合理的输入验证是防范缓冲区溢出攻击的基础。
开发者应该对用户输入的数据进行有效的检查和过滤，确保其不会超过预分配的缓冲区大小。
缓冲区溢出攻击与防范实验报告
缓冲区溢出攻击与防范实验报告——计算机网络（2）班——V200748045黄香娥1·缓冲区溢出的概念：缓冲区溢出是指当计算机向缓冲区内填充数据位数时超过了缓冲区本身的容量溢出的数据覆盖在合法数据上,理想的情况是程序检查数据长度并不允许输入超过缓冲区长度的字符,但是绝大多数程序都会假设数据长度总是与所分配的储存空间想匹配,这就为缓冲区溢出埋下隐患.操作系统所使用的缓冲区又被称为"堆栈". 在各个操作进程之间,指令会被临时储存在"堆栈"当中,"堆栈"也会出现缓冲区溢出。
2·缓冲区溢出的危害：在当前网络与分布式系统安全中，被广泛利用的50%以上都是缓冲区溢出，其中最著名的例子是1988年利用fingerd漏洞的蠕虫。
而缓冲区溢出中，最为危险的是堆栈溢出，因为入侵者可以利用堆栈溢出，在函数返回时改变返回程序的地址，让其跳转到任意地址，带来的危害一种是程序崩溃导致拒绝服务，另外一种就是跳转并且执行一段恶意代码，比如得到shell，然后为所欲为。
3·缓冲区溢出原理：由一个小程序来看：//test.c#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#include "string.h"void overflow(void){char buf[10];strcpy(buf,"0123456789123456789");}//end overflowint main(void){overflow();return 0;}//end main按F11进入"Step into"调试模式，如下:按F11跟踪进入overflow，让程序停在6，现在再看一下几个主要参数：esp=0x0012ff30，eip发生了变化，其它未变。
缓冲区溢出攻击原理与防范
缓冲区溢出攻击的原理与防范陈硕2004-7-12读者基础：熟悉C语言及其内存模型，了解x86汇编语言。
缓冲区溢出（buffer overflow）是安全的头号公敌，据报道，有50%以上的安全漏洞和缓冲区溢出有关。
C/C++语言对数组下标访问越界不做检查，是引起缓冲区溢出问题的根本原因。
本文以Linux on IA32（32-bit Intel Architecture，即常说的x86）为平台，介绍缓冲区溢出的原理与防范措施。
按照被攻击的缓冲区所处的位置，缓冲区溢出（buffer overflow）大致可分为两类：堆溢出1（heap overflow）和栈溢出2（stack overflow）。
栈溢出较为简单，我先以一些实例介绍栈溢出，然后谈一谈堆溢出的一般原理。
栈溢出原理我们知道，栈（stack）是一种基本的数据结构，具有后入先出（LIFO, Last-In-First-Out）的性质。
在x86平台上，调用函数时实际参数（arguments）、返回地址（return address）、局部变量（local variables）都位于栈上，栈是自高向低增长（先入栈的地址较高），栈指针（stack pointer）寄存器ESP始终指向栈顶元素。
以图表1中的简单程序为例，我们先将它编译为可执行文件，然后在gdb中反汇编并跟踪其运行：$ gcc stack.c –o stack -ggdb -mperferred-stack-boundary=2在IA32上，gcc默认按8个字节对齐，为了突出主题，我们令它按4字节对齐，最末一个参数的用处在此。
图表1在每条语句之后列出对应的汇编指令，注意这是AT&T格式汇编，mov %esp, %ebp 是将寄存器ESP的值赋给寄存器EBP（这与常用的Intel汇编格式正好相反）。
// stack.c#01 int add(int a, int b)#02 {// push %ebp// mov %esp,%ebp#03 int sum;// sub $0x4,%esp#04 sum = a + b;// mov 0xc(%ebp),%eax// add 0x8(%ebp),%eax// mov %eax,0xfffffffc(%ebp)#05 return sum;// mov 0xfffffffc(%ebp),%eax1本文把静态存储区溢出也算作一种堆溢出。