StackGuard的作用

最近在重新翻Go runtime的源码,发现一个新知识点,叫做StackGuard。此为学习记录。

什么是StackGuard

首先我们来看一下USENIX上论文中,对StackGuard的描述与介绍:

StackGuard is a compiler extension that enhances the executable code produced by the compiler so that it detects and thwarts buffer-overflow attacks against the stack. The effect is transparent to the normal function of programs. The only way to notice that a program is StackGuard-enhanced is to cause it to execute C statements with undefined behavior: StackGuard-enhanced programs define the behavior of writing to the return address of a function while it is still active.

由此我们知道,StackGuard是一个用来防御缓冲区溢出攻击的方式,一般在 编译器里实现,它的存在对函数调用是没有直接影响的。

不过,为了进一步了解它是如何工作的,我们得先来了解一下缓冲区溢出攻击。

缓冲区溢出攻击

缓冲区溢出(buffer overflow),是针对程序设计缺陷,向程序输入缓冲区写入使之溢出的内容(通常是超过缓冲区能保存的最大数据量的数据),从而破坏程序运行、趁著中断之际并获取程序乃至系统的控制权。

下图是正常的函数调用时,函数调用栈的示意图:

function stack

缓冲区异常攻击,需要程序没有检查数组或者指针的边界,因此攻击者可以把 特定的二进制代码写到数组里,覆盖 函数的返回地址,从而执行攻击者的代码。攻击者可以注入类似于 exec("sh") 的代码,这样就为后续的操作奠定了基础。

StackGuard 如何发挥作用

由上图可以看到,缓冲区溢出攻击的核心点在于,由于程序没有检测边界,而攻击者利用这一点,覆盖函数的返回地址。如果我们有办法能检测到 程序是否被修改,就可以作出一定的防御,比如检测到被修改,就退出。

function stack with stackguard

StackGuard的方法很简单,就是往返回地址后面插入一段特殊值(称之为canary),在函数返回之前,首先检查这个 特殊值是否被修改, 如果被修改了,说明发生了缓冲区溢出攻击。更安全的方式是,插入这段特殊值,是随机值。

但是,即便如此,攻击者仍然有办法绕过,那就是不修改这段值,而是直接 修改返回地址,但是这很难做到,因为攻击者无法知道这段随机值到底是多长。另外由于随机化,攻击者也无法轻易复制这一段随机值。另外由于随机化,攻击者也无法轻易复制这一段随机值。

总结

这篇文章中,学习了一下什么是StackGuard以及什么是缓冲区溢出攻击,以及StackGuard是如何预防缓冲区溢出攻击的。


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