4.1 缓冲区溢出攻击

缓冲区溢出攻击的基本原理
缓冲区溢出攻击（Buffer Overflow Attack）是一种常见的安全漏洞，指的是攻击者利用输入数据的长度或格式错误，超出程序设计者预留的存储空间范围，从而写入到相邻内存空间中，进而控制程序的执行或修改程序的行为。

缓冲区溢出攻击的基本原理如下：
1.内存分配：程序在运行时会根据变量类型和长度来分配内存空间。

2.缓冲区溢出：攻击者通过向程序输入异常数据，超出了程序预留的内存空
间。

3.覆盖关键数据：溢出的数据覆盖了原本存储的数据，可能是程序的返回地
址、函数指针等关键信息。

4.控制程序行为：攻击者利用溢出的数据修改程序的执行路径，跳转到自己
准备好的恶意代码。

5.执行恶意代码：程序执行了攻击者注入的恶意代码，可能导致系统崩溃、
拒绝服务或远程执行任意命令。

为了避免缓冲区溢出攻击，开发人员可以采取以下措施：
•使用安全的编程语言和工具，如内存安全的语言（如Rust）或经过良好测试的C/C++库。

•限制输入数据的长度，确保不会超过缓冲区可容纳的大小。

•进行输入验证和过滤，确保输入数据符合预期的格式和范围。

•定期更新软件和操作系统，及时修补已知的漏洞。

•实施数据执行保护（DEP）和地址空间布局随机化（ASLR）等安全机制。

综上所述，缓冲区溢出攻击是一种常见的安全漏洞，它利用错误处理输入数据的程序中的缺陷，从而控制程序行为。

开发人员和系统管理员应该密切关注安全问题，采取相应的防护措施，以保护系统和用户的信息安全。

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。

缓冲区溢出攻击课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解缓冲区溢出攻击的基本概念，掌握其工作原理；2. 学生能够描述常见缓冲区溢出漏洞的类型及其影响；3. 学生能够解释防范缓冲区溢出攻击的策略和技术。

技能目标：1. 学生能够运用所学知识分析简单的缓冲区溢出漏洞；2. 学生能够运用相关工具检测并修复简单的缓冲区溢出漏洞；3. 学生能够编写简单的防止缓冲区溢出攻击的代码。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对计算机安全的兴趣，增强网络安全意识；2. 学生树立正确的道德观念，遵循网络安全法律法规，不参与非法攻击行为；3. 学生培养合作精神，学会在团队中分享和交流网络安全知识。

课程性质：本课程属于计算机科学领域，针对高中年级学生，旨在让他们了解网络安全的基本概念，提高防范网络攻击的能力。

学生特点：高中年级学生对计算机有一定了解，具备基本的编程能力，但对网络安全知识相对陌生。

教学要求：结合学生特点，课程设计需注重理论与实践相结合，通过案例分析和实际操作，让学生掌握缓冲区溢出攻击的相关知识，提高网络安全技能。

同时，注重培养学生的道德观念和合作精神，使他们在学习过程中形成正确的价值观。

二、教学内容1. 缓冲区溢出攻击基本概念：介绍缓冲区溢出的定义、原理以及攻击者利用该漏洞的目的。

教材章节：第三章“计算机网络安全”第二节“缓冲区溢出攻击”2. 缓冲区溢出漏洞类型：分析常见缓冲区溢出漏洞，如栈溢出、堆溢出等，并举例说明。

教材章节：第三章“计算机网络安全”第二节“缓冲区溢出攻击”3. 防范缓冲区溢出攻击的策略和技术：讲解防范缓冲区溢出攻击的方法，如边界检查、使用安全编程语言等。

教材章节：第三章“计算机网络安全”第三节“防范网络攻击策略”4. 实践操作：结合相关工具，指导学生进行以下操作：a. 分析并检测简单的缓冲区溢出漏洞；b. 修复缓冲区溢出漏洞；c. 编写防止缓冲区溢出攻击的代码。

教材章节：第三章“计算机网络安全”第四节“实践操作”5. 案例分析：通过实际案例，让学生了解缓冲区溢出攻击对系统安全的影响，并分析案例中的漏洞和防范措施。

「网络安全」常见攻击篇（10）——缓冲区溢出攻击什么是缓冲区溢出攻击？▪缓冲区程序用来保存用户输入数据、程序临时数据的内存空间，本质为数组。

▪缓冲区溢出攻击攻击者利用程序漏洞，将自己的攻击代码植入有缓冲区溢出漏洞的程序执行体中，改变该程序的执行过程，来获取目标系统的控制权。

▪缓冲区溢出攻击原理程序员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。

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。

缓冲区溢出的攻击方式▪栈溢出（stack smashing）未检查输入缓冲区长度，导致数组越界，覆盖栈中局部变量空间之上的栈桢指针%ebp以及函数返回地址retaddr, 当函数返回执行ret指令时，retaddr从栈中弹出，作为下一条指令的地址赋给%eip寄存器，继而改变原程序的执行流程指向我们的shellcode.▪堆溢出（malloc/free heapcorruption）一种是和传统的栈溢出一样, 当输入超出malloc()预先分配的空间大小，就会覆盖掉这段空间之后的一段存储区域，如果该存储区域有一个重要的变量比如euid，那么我就可以用它来攻击。

另一种是典型的double-free堆腐败，在内存回收操作中，合并相邻空闲块重新插入双向链表时会有一个写4字节内存的操作，如果弱点程序由于编程错误free()一个不存在的块，我们就可以精心伪造这个块，从而覆盖任何我们想要的值：函数的返回地址、库函数的.plt地址等▪格式化字符窜漏洞（format stringvulnerability）如果格式窜由用户定制，攻击者就可以任意伪造格式窜，利用*printf()系列函数的特性就可以窥探堆栈空间的内容，超常输入可以引发传统的缓冲区溢出，或是用”%n”覆盖指针、返回地址等。

▪整形变量溢出（integer variableoverflow）利用整数的范围、符号等问题触发安全漏洞，大多数整形溢出不能直接利用，但如果该整形变量决定内存分配等操作，我们就有可能间接利用该漏洞。

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。

网络攻防对抗实验报告实验名称：缓冲区溢出攻击（实验六）指导教师：专业班级：姓名：学号： _____电子邮件： ___ 实验地点： _ 实验日期：实验成绩：____________________一、实验目的1. 了解缓冲区溢出攻击的原理和危害；2．掌握缓冲区溢出攻击的方法和对策。

二、实验原理1.缓冲区概念缓冲区是内存中存放数据的地方。

在程序试图将数据放到机器内存中的某一个位置的时候，因为没有足够的空间就会发生缓冲区溢出。

而人为的溢出则是有一定企图的，攻击者写一个超过缓冲区长度的字符串，植入到缓冲区，然后再向一个有限空间的缓冲区中植入超长的字符串，这时可能会出现两个结果：一是过长的字符串覆盖了相邻的存储单元，引起程序运行失败，严重的可导致系统崩溃；另一个结果就是利用这种漏洞可以执行任意指令，甚至可以取得系统root 特级权限。

缓冲区是程序运行的时候机器内存中的一个连续块，它保存了给定类型的数据，随着动态分配变量会出现问题。

大多时为了不占用太多的内存，一个有动态分配变量的程序在程序运行时才决定给它们分配多少内存。

如果程序在动态分配缓冲区放入超长的数据，它就会溢出了。

一个缓冲区溢出程序使用这个溢出的数据将汇编语言代码放到机器的内存里，通常是产生root权限的地方。

仅仅单个的缓冲区溢出并不是问题的根本所在。

但如果溢出送到能够以root权限运行命令的区域，一旦运行这些命令，那可就等于把机器拱手相让了。

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。

缓冲区是一块用于存放数据的临时内存空间，它的长度事先已经被程序或操作系统定义好。

缓冲区类似于一个杯子，写入的数据类似于倒入的水。

缓冲区溢出就是将长度超过缓冲区大小的数据写入程序的缓冲区，造成缓冲区的溢出，从而破坏程序的堆栈，使程序转而执行其他指令。

发生溢出时，如果用一个实际存在的指令地址来覆盖被调用函数的返回地址，则系统就会转而执行这个指令，这一点就是缓冲区溢出被用来进行攻击的最关键之处。

网络攻击类型调研1.扫描型攻击：未经授权的发现和扫描系统、服务或漏洞，也被称为信息收集。

它是一种基础的网络攻击方式，并不对目标本身造成危害，多数情况下，它是其他攻击方式的先导，被用来为进一步入侵提供有用信息。

此类攻击通常包含地址扫描、网络端口扫描、操作系统探测、漏洞扫描。

1.1地址扫描：是指攻击者利用ping、tracert、firewalk等攻击或者直接利用ICMP消息发向目标网络，请求应答，如果请求和应答没有被网络边界过滤掉，攻击者就可以借此来获得目的网络地址信息，进而分析目的网络的拓扑结构。

1.2端口扫描：网络端口监听就是一种时刻监视网络的状态、计算机数据流程以及在网络中传输的信息的管理工具.当计算机网络的接口处于监听模式的状态时，其可以快速的截取在网络中传输的数据信息，以此来取得目标主机的超级管理用户的权限。

另外还在系统扫描的过程中，可以扫描到系统中那个端口是开放的，对应开放的端口提供的是什么服务，在捕获的服务中的操作信息是什么，此后攻击者就能利用它获取到的操作系统信息对目标主机进行网络入侵。

1.3操作系统探测：是指攻击者使用具有已知响应类型的数据库的自动工具，对来自目标主机的、对破坏数据包传送做出的响应进行检查。

由于每种操作系统都有其独特的响应方法，通过将此独特的响应与数据库中的已知响应进行对比，黑客经常能够确定出目标主机所运行的操作系统。

1.4漏洞扫描：漏洞扫描技术建立在以上三种扫描技术的基础之上，通过以上三种方法可以收集到很多目标主机的各种信息，例如：是否能用匿名登录、是否有可写的FTP目录、是否能用telnet、http、是否是root运行等。

在获得目标主机TCP/IP端口和其相应的网络访问服务相关信息后，与网络漏洞扫描系统提供的漏洞库进行匹配，如果满足匹配条件，则视为漏洞存在。

2.访问类攻击：是指攻击者在获得或者拥有访问主机、网络的权限后，肆意滥用这些权限进行信息篡改、信息盗取等攻击行为。

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。

缓冲区溢出详解缓冲区溢出（Buffer Overflow）是计算机安全领域内既经典⽽⼜古⽼的话题。

随着计算机系统安全性的加强，传统的缓冲区溢出攻击⽅式可能变得不再奏效，相应的介绍缓冲区溢出原理的资料也变得“⼤众化”起来。

其中看雪的《0day安全：软件漏洞分析技术》⼀书将缓冲区溢出攻击的原理阐述得简洁明了。

本⽂参考该书对缓冲区溢出原理的讲解，并结合实际的代码实例进⾏验证。

不过即便如此，完成⼀个简单的溢出代码也需要解决很多书中⽆法涉及的问题，尤其是⾯对较新的具有安全特性的编译器——⽐如MS的Visual Studio2010。

接下来，我们结合具体代码，按照对缓冲区溢出原理的循序渐进地理解⽅式去挖掘缓冲区溢出背后的底层机制。

⼀、代码 <=> 数据顾名思义，缓冲区溢出的含义是为缓冲区提供了多于其存储容量的数据，就像往杯⼦⾥倒⼊了过量的⽔⼀样。

通常情况下，缓冲区溢出的数据只会破坏程序数据，造成意外终⽌。

但是如果有⼈精⼼构造溢出数据的内容，那么就有可能获得系统的控制权！如果说⽤户（也可能是⿊客）提供了⽔——缓冲区溢出攻击的数据，那么系统提供了溢出的容器——缓冲区。

缓冲区在系统中的表现形式是多样的，⾼级语⾔定义的变量、数组、结构体等在运⾏时可以说都是保存在缓冲区内的，因此所谓缓冲区可以更抽象地理解为⼀段可读写的内存区域，缓冲区攻击的最终⽬的就是希望系统能执⾏这块可读写内存中已经被蓄意设定好的恶意代码。

按照冯·诺依曼存储程序原理，程序代码是作为⼆进制数据存储在内存的，同样程序的数据也在内存中，因此直接从内存的⼆进制形式上是⽆法区分哪些是数据哪些是代码的，这也为缓冲区溢出攻击提供了可能。

图1 进程地址空间分布图1是进程地址空间分布的简单表⽰。

代码存储了⽤户程序的所有可执⾏代码，在程序正常执⾏的情况下，程序计数器（PC指针）只会在代码段和操作系统地址空间（内核态）内寻址。

数据段内存储了⽤户程序的全局变量，⽂字池等。

简述缓冲区溢出攻击的原理以及防范方法
一、缓冲区溢出攻击原理
缓冲区溢出攻击（Buffer Overflow Attack）是一种非法异常的程序运行行为，它发生的目的是让受害者的程序运行出现崩溃，从而获得机器控制权限，可以获取机器中存有的敏感资料，并进行恶意操作，如发送垃圾邮件，拒绝服务攻击（DoS attack），远程控制等行为破坏网络安全。

缓冲区溢出攻击的基本原理，就是恶意程序使用某种方法，将程序缓冲区中存放的数据或者信息溢出，超出缓冲区的容量，而这种溢出的数据又存放了受害者程序控制机器的恶意命令，从而给受害者程序植入恶意代码，使恶意程序获得了机器的控制权限，进而达到攻击系统的目的。

二、防范方法
1、使用受检程序，受检程序是一种编译技术，通过对程序源代码进行类型检查、安全检查等操作，来把漏洞修复好，从而起到防止缓冲区溢出攻击的作用。

2、使用数据流分析技术，它是一种动态分析技术，可以识别出恶意代码并阻止其危害，对程序运行的漏洞进行检查，从而防止攻击者利用缓冲区溢出攻击系统。

3、实行严格的安全审计制度，对程序源码、程序诊断、数据加密技术等进行严格的审计，确保程序运行的安全性，以及防止攻击者利用缓冲区溢出攻击系统。

4、采用虚拟化技术，虚拟化技术可以在不同的安全层次上对程序进行控制，对程序运行的过程进行审查，从而防止攻击者使用缓冲区溢出攻击系统。

5、对网络环境进行安全审计，包括电脑中存在的安全漏洞，系统的安全配置，网络设备的稳定性以及系统的社会工程学攻击等，从而确保网络环境能够不被缓冲区溢出攻击所侵袭。