يعد Heap Spraying تقنية معترف بها على نطاق واسع تستخدم في عالم استغلال الكمبيوتر. وهو يتضمن في المقام الأول إغراق منطقة من ذاكرة الكومة الخاصة بالعملية بكود القشرة لزيادة احتمالية تنفيذ تعليمات برمجية عشوائية عند استغلال الثغرات الأمنية، مثل تجاوز سعة المخزن المؤقت.
تاريخ الرش الكامي وذكره الأول
تم لفت انتباه الجمهور إلى الرش الكامي لأول مرة في ورقة أمنية كتبها مات كونوفر وأوديد هوروفيتز، بعنوان "الرش الكامي: تقنية لمواجهة التدابير الأمنية المشتركة"، والتي نُشرت في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. كان الدافع وراء إنشائها هو التنفيذ المتزايد لآليات الأمان المصممة لعشوائية مساحة العنوان للعملية الجارية، مما يجعل من الصعب على المهاجمين التنبؤ بمكان وجود كود القشرة الخاص بهم في الذاكرة.
توسيع الموضوع: رش الكومة
يتم استخدام رش الكومة بشكل أساسي في استغلال الثغرات الأمنية المتعلقة بتلف الذاكرة. هدفها هو التعامل مع كومة العملية بطريقة بحيث ينتشر كود القشرة الخاص بالمهاجم عبر جزء كبير منها. يتم ذلك عن طريق إنشاء كائنات أو مثيلات متعددة داخل الكومة، يحمل كل منها نسخة من كود القشرة المطلوب.
غالبًا ما تُستخدم هذه التقنية جنبًا إلى جنب مع عمليات استغلال أخرى تسمح بتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية. ومع ذلك، فإن مشكلة هذه الثغرات هي أنها تتطلب في كثير من الأحيان معرفة موقع الذاكرة الدقيق للتعليمات البرمجية التي سيتم تنفيذها، والتي قد يكون من الصعب التأكد منها بسبب التدابير الأمنية المختلفة. يحل رش الكومة هذه المشكلة عن طريق ملء جزء كبير من الكومة بكود القشرة المطلوب، وبالتالي زيادة فرص استغلال الثغرات في تنفيذ الكود إحصائيًا.
الهيكل الداخلي للرش الكومة
وظائف الرش الكومة من خلال عملية من خطوتين:
-
رذاذ: تمتلئ ذاكرة الكومة بمثيلات متعددة من كود القشرة المطلوب. يتم ذلك عن طريق إنشاء كائنات أو مثيلات تحمل كود القشرة، والتي يتم تخصيصها بعد ذلك في عناوين ذاكرة مختلفة للكومة.
-
مشغل: يتم استغلال الثغرة الأمنية لتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية. نظرًا لأن الذاكرة مليئة بمثيلات كود القشرة، فإن احتمالية أن يكون الكود الذي تم تنفيذه هو كود القشرة الخاص بالمهاجم بشكل كبير.
الملامح الرئيسية للرش الكومة
تشمل الميزات الرئيسية للرش الكومة ما يلي:
- إنه إلى حد كبير حيادي للحمولة، مما يعني أنه يمكن استخدامه لتنفيذ أي نوع من كود القشرة تقريبًا.
- فهو يزيد بشكل كبير من احتمالية تنفيذ التعليمات البرمجية بنجاح عند استغلال الثغرات الأمنية.
- فهو يتجاوز بعض الإجراءات الأمنية مثل التوزيع العشوائي لتخطيط مساحة العنوان (ASLR) من خلال عدم طلب معرفة عناوين الذاكرة الدقيقة.
أنواع الرش التراكمي
هناك العديد من الاختلافات في رش الكومة، يختلف كل منها بناءً على الطرق المستخدمة لرش الكومة. فيما يلي بعض الأنواع:
| نوع الرش الكومة | وصف |
|---|---|
| رش الكومة الكلاسيكية | يتضمن التخصيص المتكرر لكتل من الذاكرة، تحتوي كل منها على كود القشرة. |
| رش كومة متسلسل | يخصص كتلة كبيرة من الذاكرة ويملأها بكود القشرة. |
| رش كومة مزلقة NOP | يستخدم مزلقة NOP (سلسلة من تعليمات عدم التشغيل) قبل كود القشرة لزيادة معدل النجاح. |
طرق استخدام الرش الكامي ومشاكله وحلولها
يُستخدم رش الكومة بشكل أساسي في سياق الاستغلال الأمني، وتحديدًا في استغلال الثغرات الأمنية المتعلقة بتلف الذاكرة. إنها تقنية فعالة، خاصة مع الثغرات الأمنية التي تسمح بتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية.
ومع ذلك، فإن استخدام الرش الكامي لا يخلو من التحديات. إحدى المشكلات هي أنه مع زيادة حجم الكومة، تصبح التقنية أكثر قابلية للاكتشاف. التحدي الآخر هو التنفيذ المتزايد لتقنيات تخفيف الاستغلال مثل ASLR وDEP (منع تنفيذ البيانات)، مما يجعل تنفيذ كود القشرة من الكومة أكثر صعوبة.
للتغلب على هذه التحديات، قد يلجأ المهاجمون إلى أساليب أكثر تعقيدًا لرش الكومة، مثل رش JIT، الذي يستفيد من المجمعين في الوقت المناسب لجعل الكومة قابلة للتنفيذ. ومن ناحية أخرى، يحتاج ممارسي الأمن إلى تحسين وتطوير تقنيات تخفيف جديدة باستمرار.
الخصائص الرئيسية والمقارنات مع المصطلحات المماثلة
غالبًا ما تتم مقارنة رش الكومة ومقارنتها بتقنيات استغلال مماثلة مثل تحطيم المكدس والبرمجة الموجهة نحو العودة (ROP).
| تقنية | وصف | أوجه التشابه/الاختلاف مع رش الكومة |
|---|---|---|
| تحطيم المكدس | يتضمن إتلاف المكدس لتغيير تنفيذ البرنامج. | على عكس رش الكومة، يتطلب تحطيم المكدس معرفة تخطيط الذاكرة الدقيق. |
| البرمجة الموجهة نحو العودة (ROP) | يتضمن استخدام مقتطفات التعليمات البرمجية الموجودة (الأدوات) لتنفيذ إجراءات ضارة. | يمكن لـ ROP، مثل رش الكومة، تجاوز DEP ولكنه لا يتطلب ملء الذاكرة بكود القشرة. |
وجهات نظر وتقنيات المستقبل المتعلقة برش الكومة
وفي حين أن رش الكومة لا يزال يمثل تهديدًا، إلا أن المستقبل يشير إلى استراتيجيات تخفيف أكثر فعالية. يمكن أن تؤدي تقنيات مثل Control Flow Integrity (CFI) وASLR المحسّنة إلى جعل استغلال الثغرات الأمنية أكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام التعلم الآلي وخوارزميات الذكاء الاصطناعي لاكتشاف السلوك غير الطبيعي في الكومة بشكل أفضل.
من ناحية أخرى، مع تقدم التكنولوجيا، قد يلجأ المهاجمون إلى تقنيات أكثر تعقيدًا مثل رش JIT ونقاط الضعف بعد الاستخدام المجاني، والتي تمثل تحديات فريدة خاصة بهم.
الخوادم الوكيلة ورش الكومة
لا ترتبط الخوادم الوكيلة نفسها بشكل مباشر برش الكومة. ومع ذلك، يمكنهم لعب دور في ارتكاب وتخفيف الهجمات التي تستخدم الرش الكامي.
من وجهة نظر المهاجم، يمكن استخدام الخوادم الوكيلة لإخفاء مواقعهم وجعل تتبع الهجوم أكثر صعوبة. على الجانب الدفاعي، يمكن أن تكون الخوادم الوكيلة جزءًا من بنية تحتية أمنية أكبر، حيث تقوم بتسجيل بيانات حركة المرور لتحليلها، مما يمكن أن يساعد في اكتشاف السلوك غير الطبيعي أو عمليات الاستغلال المحتملة في مراحلها المبكرة.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول الرش الكامي والمواضيع ذات الصلة، يمكنك الرجوع إلى الموارد التالية:
- كونوفر، إم، وهوروفيتز، أو. (2004). رش الكومة: أسلوب لمواجهة التدابير الأمنية المشتركة. ورقة أمنية.
- "رش الكومة" على OWASP (مشروع أمان تطبيقات الويب المفتوحة): https://www.owasp.org/index.php/Heap_spraying
- "أمان الذاكرة" على شبكة مطوري Mozilla (MDN): https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Memory_safety
- "استغلال تحسينات التخفيف في نظام التشغيل Windows 8" في مركز الاستجابة الأمنية لـ Microsoft (MSRC): https://msrc.microsoft.com/update-guide/en-us/
يرجى ملاحظة أن فهم رش الكومة والتقنيات المشابهة يتطلب معرفة جيدة بإدارة ذاكرة الكمبيوتر ولغات البرمجة. تأكد دائمًا من البقاء على اطلاع بأحدث الإجراءات الأمنية واستراتيجيات التخفيف.
