تجاوز سعة المخزن المؤقت هو حالة يحاول فيها التطبيق كتابة المزيد من البيانات إلى كتلة من الذاكرة، أو المخزن المؤقت، أكثر مما يمكنه الاحتفاظ به. يمكن أن يؤدي هذا التجاوز إلى تلف البيانات ذات الصلة، مما يتسبب في تصرف التطبيق بشكل غير متوقع أو حتى تعطله. والأخطر من ذلك هو أنه يمكن استغلال تجاوزات المخزن المؤقت لتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية، مما قد يؤدي إلى انتهاكات لأمن النظام.
الأصل والمثيلات المبكرة لتجاوز سعة المخزن المؤقت
يمكن إرجاع مفهوم تجاوز سعة المخزن المؤقت إلى الأيام الأولى للبرمجة، خاصة مع ظهور لغات مثل C وC++ التي تسمح بالتلاعب المباشر بالذاكرة. أول مثال رئيسي تم نشره لثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت كان دودة الإنترنت في عام 1988. استغلت هذه الدودة تجاوز سعة المخزن المؤقت في البرنامج الخفي "إصبع" Unix للانتشار عبر الشبكات، مما أدى إلى إصابة الآلاف من أجهزة الكمبيوتر. أدى هذا الحادث إلى زيادة الوعي العام حول نقاط الضعف في سعة المخزن المؤقت، وقد كان موضع تركيز كبير في مجال الأمن السيبراني منذ ذلك الحين.
الخوض في تجاوز سعة المخزن المؤقت
يحدث تجاوز سعة المخزن المؤقت عادةً في لغات البرمجة التي لا تتضمن فحصًا مضمنًا للحدود، مثل C وC++. تسمح هذه اللغات للمطورين بتخصيص قدر معين من الذاكرة للمتغيرات، لكنها لا تمنع هذه المتغيرات تلقائيًا من تجاوز الحجم المخصص لها. يصبح هذا مشكلة عندما يكتب أحد البرامج بيانات أكثر إلى المخزن المؤقت مما يمكنه التعامل معها، مما يؤدي إلى تجاوز السعة.
عند حدوث تجاوز سعة المخزن المؤقت، يمكن للبيانات الزائدة أن تحل محل مساحات الذاكرة المجاورة، مما يؤدي إلى إتلاف محتوياتها أو تغييرها. يمكن أن يتسبب هذا في حدوث سلوك غير متوقع في البرنامج، مما يؤدي إلى حدوث أعطال أو نتائج غير صحيحة. في أسوأ السيناريوهات، يمكن استغلال تجاوز سعة المخزن المؤقت لتنفيذ تعليمات برمجية عشوائية، مما يوفر للمهاجم القدرة على التحكم في النظام بشكل فعال.
الميكانيكا الداخلية لتجاوز المخزن المؤقت
المخزن المؤقت هو في الأساس كتلة متجاورة من الذاكرة المخصصة للاحتفاظ بالبيانات. يحدث تجاوز سعة المخزن المؤقت عند كتابة بيانات أكثر مما تم تخصيصه في البداية في كتلة الذاكرة هذه. يمكن أن يؤدي تجاوز سعة البيانات إلى الكتابة فوق مواقع الذاكرة المجاورة وتعطيل التدفق الطبيعي للتطبيق.
في الحالة النموذجية لهجوم تجاوز سعة المخزن المؤقت، يرسل مستخدم ضار عمدًا بيانات زائدة بأنماط محددة. عندما تفيض هذه البيانات، يمكنها الكتابة فوق عنوان الإرجاع الخاص بالوظيفة. إذا تم إنشاء التجاوز بشكل صحيح، فيمكن أن يشير عنوان الإرجاع المكتوب إلى التعليمات البرمجية الضارة، والتي قد يتم تضمينها في البيانات الفائضة. يمنح تدفق التنفيذ المُعاد توجيهه هذا للمهاجم التحكم في النظام.
الخصائص الرئيسية لتجاوز سعة المخزن المؤقت
يتميز تجاوز سعة المخزن المؤقت ببعض الميزات الرئيسية:
- تلف البيانات: قد يؤدي تجاوز سعة البيانات إلى إتلاف مساحات الذاكرة المجاورة، مما يؤدي إلى سلوك غير متوقع للتطبيق.
- تحطم التطبيقات: غالبًا ما تتسبب تجاوزات المخزن المؤقت في تعطل التطبيقات، لأنها تفسد هياكل البيانات المهمة أو تستبدل بيانات التحكم الخاصة بالتطبيق.
- مآثر الأمن: يمكن استغلال تجاوزات المخزن المؤقت لتحقيق تنفيذ تعليمات برمجية عشوائية، مما يسمح للمهاجم بالتحكم في النظام.
أنواع تجاوز سعة المخزن المؤقت
هناك أنواع مختلفة من تجاوز سعة المخزن المؤقت، ولكل منها خصائصه الخاصة وتقنيات استغلاله. بعض من الأكثر شيوعا هي:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| تجاوز سعة المكدس | يحدث عندما يتم تجاوز سعة المخزن المؤقت الموجود على المكدس. هذا هو النوع الأكثر شيوعًا من تجاوز سعة المخزن المؤقت. |
| تجاوز سعة الكومة | يحدث عند تجاوز سعة المخزن المؤقت الموجود في الكومة (الذاكرة المخصصة ديناميكيًا). |
| تجاوز عدد صحيح | يحدث عندما تؤدي عملية حسابية إلى قيمة عددية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن تخزينها في نوع العدد الصحيح المرتبط. |
| تنسيق سلسلة التجاوز | يحدث عندما لا يتحقق أحد البرامج بشكل صحيح من صحة الإدخال المستخدم في سلاسل تنسيق الإخراج، مما يسمح للمهاجم بالكتابة فوق الذاكرة. |
الاستخدامات والمشاكل والحلول
غالبًا ما يستغل المهاجمون تجاوزات المخزن المؤقت لإدخال تعليمات برمجية ضارة أو تعطيل وظائف التطبيق العادية. ومع ذلك، فهي ليست استخدامًا مقصودًا أو مشروعًا للغات البرمجة، وقد تم بذل الكثير من الجهد لمنع حدوثها.
تكمن حلول مشكلات تجاوز سعة المخزن المؤقت إلى حد كبير في ممارسات وتقنيات البرمجة الدفاعية. على سبيل المثال، يمكن أن يمنع فحص الحدود تجاوزات المخزن المؤقت عن طريق التأكد من أن البيانات المكتوبة في المخزن المؤقت لا تتجاوز حجمها. وبالمثل، يمكن أن تمنع عمليات حماية الذاكرة غير القابلة للتنفيذ المهاجم من تنفيذ التعليمات البرمجية في المخزن المؤقت الفائض.
المقارنة مع المفاهيم المماثلة
فيما يلي بعض المصطلحات المشابهة وكيفية اختلافها عن تجاوز سعة المخزن المؤقت:
| شرط | وصف | اختلاف |
|---|---|---|
| العازلة تحت التدفق | يحدث عندما يحاول أحد البرامج قراءة بيانات أكثر من المتوفرة حاليًا في المخزن المؤقت. | على عكس تجاوز سعة المخزن المؤقت، لا يؤدي تجاوز سعة المخزن المؤقت عادةً إلى ثغرات أمنية. |
| تسريب ذاكرة | يحدث عندما لا يقوم أحد البرامج بإدارة عمليات تخصيص الذاكرة بشكل صحيح، مما يؤدي إلى انخفاض الذاكرة المتوفرة بمرور الوقت. | على الرغم من أن تسرب الذاكرة قد يؤدي إلى انخفاض أداء النظام، إلا أنه عادةً لا يوفر ناقل هجوم مثل تجاوز سعة المخزن المؤقت. |
| تجاوز سعة المكدس (وليس المخزن المؤقت) | يحدث عندما يتجاوز مكدس الاستدعاءات الخاص بأحد البرامج الحد المسموح به. | لا يرتبط هذا المصطلح بتجاوز سعة المخزن المؤقت وهو نتيجة للتكرار المفرط أو متغيرات المكدس الكبيرة. |
وجهات النظر المستقبلية والتقنيات
أدى الوعي وتأثير التدفقات العازلة إلى ابتكارات مختلفة في البرمجة وتصميم النظام. تتضمن لغات مثل Java وPython فحصًا مضمنًا للحدود لمنع تجاوز سعة المخزن المؤقت حسب التصميم. وبالمثل، تتضمن أنظمة التشغيل الحديثة ميزات مثل التوزيع العشوائي لتخطيط مساحة العنوان (ASLR) ومنع تنفيذ البيانات (DEP) للتخفيف من عمليات استغلال تجاوز سعة المخزن المؤقت.
على الرغم من هذه التطورات، يظل تجاوز سعة المخزن المؤقت مصدر قلق في الأنظمة التي تعتمد على التعليمات البرمجية القديمة أو اللغات ذات المستوى المنخفض. وعلى هذا النحو، يستمر البحث والتطوير المستمر في تحسين تقنيات الكشف والوقاية.
الخوادم الوكيلة وتجاوز سعة المخزن المؤقت
يمكن أن ترتبط الخوادم الوكيلة، مثل تلك التي يوفرها OneProxy، بتجاوز سعة المخزن المؤقت بطريقتين رئيسيتين. أولاً، يمكن أن يحتوي الخادم الوكيل نفسه على ثغرات أمنية في تجاوز سعة المخزن المؤقت إذا لم يتم ترميزه بشكل صحيح، مما قد يسمح للمهاجم باختراق الخادم. ثانيًا، يمكن للخادم الوكيل أن يخفف من تأثير هجوم تجاوز سعة المخزن المؤقت على نظام العميل من خلال التحقق من صحة المدخلات وتطهيرها أو اكتشاف أنماط حركة المرور غير الطبيعية التي تشير إلى وجود هجوم.
