El desbordamiento del búfer es una condición en la que una aplicación intenta escribir más datos en un bloque de memoria o búfer de los que puede contener. Este desbordamiento puede provocar la corrupción de datos relevantes, lo que hace que una aplicación se comporte de manera impredecible o incluso falle. Lo que es más grave, los desbordamientos del búfer pueden aprovecharse para ejecutar código arbitrario, lo que puede provocar violaciones de la seguridad del sistema.
El origen y los primeros casos de desbordamiento del búfer
El concepto de desbordamiento de búfer se remonta a los primeros días de la programación, particularmente con la llegada de lenguajes como C y C++ que permiten la manipulación directa de la memoria. El primer caso importante publicitado de vulnerabilidad de desbordamiento de búfer fue el gusano de Internet en 1988. Este gusano aprovechó un desbordamiento de búfer en el demonio 'finger' de Unix para propagarse a través de las redes, infectando miles de computadoras. Este incidente generó conciencia pública sobre las vulnerabilidades de desbordamiento del buffer y desde entonces ha sido un foco importante en la ciberseguridad.
Profundizando en el desbordamiento del búfer
El desbordamiento del búfer suele ocurrir en lenguajes de programación que no tienen verificación de límites incorporada, como C y C++. Estos lenguajes permiten a los desarrolladores asignar una cierta cantidad de memoria para las variables, pero no evitan automáticamente que estas variables excedan su tamaño asignado. Esto se vuelve problemático cuando un programa escribe más datos en un búfer de los que puede manejar, lo que resulta en un desbordamiento.
Cuando se produce un desbordamiento del búfer, el exceso de datos puede sobrescribir los espacios de memoria adyacentes, corrompiendo o cambiando su contenido. Esto puede provocar un comportamiento inesperado en el software, provocando fallos o resultados incorrectos. En el peor de los casos, se puede aprovechar un desbordamiento del búfer para ejecutar código arbitrario, proporcionando efectivamente al atacante control sobre el sistema.
La mecánica interna del desbordamiento del búfer
Un búfer es esencialmente un bloque contiguo de memoria asignado para almacenar datos. El desbordamiento del búfer ocurre cuando se escriben más datos de los asignados inicialmente en este bloque de memoria. El desbordamiento de datos puede sobrescribir ubicaciones de memoria adyacentes e interrumpir el flujo normal de la aplicación.
En un caso típico de ataque de desbordamiento de búfer, un usuario malintencionado envía intencionalmente datos sobrantes con patrones específicos. Cuando estos datos se desbordan, pueden sobrescribir la dirección de retorno de una función. Si el desbordamiento se construye correctamente, la dirección de retorno sobrescrita puede apuntar al código malicioso, que puede estar incluido en los datos desbordados. Este flujo de ejecución redirigido le da al atacante control sobre el sistema.
Características clave del desbordamiento del búfer
El desbordamiento del búfer se caracteriza por algunas características clave:
- Corrupción de datos: El desbordamiento de datos puede dañar los espacios de memoria adyacentes, lo que provoca un comportamiento impredecible de la aplicación.
- Aplicaciones que fallan: Los desbordamientos del búfer a menudo provocan que las aplicaciones fallen, ya que corrompen estructuras de datos críticas o sobrescriben los datos de control de la aplicación.
- Explotaciones de seguridad: Los desbordamientos del búfer se pueden aprovechar para lograr la ejecución de código arbitrario, lo que permite a un atacante obtener el control de un sistema.
Tipos de desbordamiento del búfer
Existen varios tipos de desbordamiento de búfer, cada uno con sus características específicas y técnicas de explotación. Algunos de los más comunes son:
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Desbordamiento de pila | Ocurre cuando se desborda un búfer ubicado en la pila. Este es el tipo más común de desbordamiento del búfer. |
| Desbordamiento del montón | Ocurre cuando se desborda un búfer ubicado en el montón (memoria asignada dinámicamente). |
| Desbordamiento de enteros | Ocurre cuando una operación aritmética da como resultado un valor entero que es demasiado grande para almacenarse en el tipo entero asociado. |
| Desbordamiento de cadena de formato | Ocurre cuando un programa no valida adecuadamente la entrada utilizada en las cadenas de formato de salida, lo que permite que un atacante sobrescriba la memoria. |
Usos, problemas y soluciones
Los atacantes suelen aprovechar los desbordamientos del búfer para inyectar código malicioso o interrumpir la funcionalidad normal de la aplicación. Sin embargo, no son un uso intencionado o legítimo de los lenguajes de programación y se han realizado muchos esfuerzos para evitar que ocurran.
Las soluciones a los problemas de desbordamiento del buffer residen en gran medida en prácticas y tecnologías de programación defensiva. Por ejemplo, la verificación de límites puede evitar desbordamientos del búfer al garantizar que los datos escritos en un búfer no excedan su tamaño. De manera similar, las protecciones de memoria no ejecutables pueden evitar que un atacante ejecute código en un búfer desbordado.
Comparación con conceptos similares
A continuación se muestran algunos términos similares y en qué se diferencian del desbordamiento del búfer:
| Término | Descripción | Diferencia |
|---|---|---|
| Desbordamiento insuficiente del búfer | Ocurre cuando un programa intenta leer más datos de los disponibles actualmente en el búfer. | A diferencia del desbordamiento del búfer, el desbordamiento insuficiente no suele provocar vulnerabilidades de seguridad. |
| Pérdida de memoria | Ocurre cuando un programa no administra correctamente las asignaciones de memoria, lo que lleva a una reducción de la memoria disponible con el tiempo. | Si bien las pérdidas de memoria pueden degradar el rendimiento del sistema, normalmente no proporcionan un vector de ataque como el desbordamiento del búfer. |
| Desbordamiento de pila (no búfer) | Ocurre cuando la pila de llamadas de un programa excede su límite. | Este término no está relacionado con el desbordamiento del búfer y es el resultado de una recursividad excesiva o de variables de pila grandes. |
Perspectivas y tecnologías futuras
La conciencia y el impacto de los desbordamientos del buffer han llevado a varias innovaciones en la programación y el diseño de sistemas. Lenguajes como Java y Python incluyen verificación de límites incorporada para evitar el desbordamiento del búfer por diseño. De manera similar, los sistemas operativos modernos incluyen características como la aleatorización del diseño del espacio de direcciones (ASLR) y la prevención de ejecución de datos (DEP) para mitigar las vulnerabilidades de desbordamiento del búfer.
A pesar de estos avances, el desbordamiento del búfer sigue siendo una preocupación en los sistemas que dependen de código heredado o lenguajes de bajo nivel. Como tal, la investigación y el desarrollo en curso continúan mejorando las técnicas de detección y prevención.
Servidores proxy y desbordamiento de búfer
Los servidores proxy, como los proporcionados por OneProxy, se pueden relacionar con el desbordamiento del búfer de dos maneras principales. En primer lugar, un servidor proxy podría tener vulnerabilidades de desbordamiento del búfer si no se codifica correctamente, lo que podría permitir que un atacante comprometa el servidor. En segundo lugar, un servidor proxy puede mitigar potencialmente el impacto de un ataque de desbordamiento de búfer en un sistema cliente validando y desinfectando entradas o detectando patrones de tráfico anormales indicativos de un ataque.
