سرریز بافر وضعیتی است که در آن یک برنامه سعی می کند داده های بیشتری را در یک بلوک حافظه یا بافری بنویسد که می تواند نگه دارد. این سرریز می‌تواند منجر به خراب شدن داده‌های مربوطه شود که باعث می‌شود یک برنامه غیرقابل پیش‌بینی رفتار کند یا حتی از کار بیفتد. به طور جدی تر، سرریزهای بافر می توانند برای اجرای کد دلخواه مورد سوء استفاده قرار گیرند که می تواند منجر به نقض امنیت سیستم شود.
منشا و موارد اولیه سرریز بافر
مفهوم سرریز بافر را می توان به روزهای اولیه برنامه نویسی ردیابی کرد، به ویژه با ظهور زبان هایی مانند C و C++ که امکان دستکاری مستقیم حافظه را فراهم می کنند. اولین نمونه عمومی مهم آسیب‌پذیری سرریز بافر، کرم اینترنت در سال 1988 بود. این کرم از سرریز بافر در دیمون «انگشت» یونیکس برای انتشار در سراسر شبکه‌ها سوء استفاده کرد و هزاران رایانه را آلوده کرد. این حادثه آگاهی عمومی را در مورد آسیب‌پذیری‌های سرریز بافر افزایش داد و از آن زمان تاکنون تمرکز قابل توجهی در امنیت سایبری داشته است.
بررسی سرریز بافر
سرریز بافر معمولاً در زبان‌های برنامه‌نویسی اتفاق می‌افتد که بررسی کرانه‌های داخلی ندارند، مانند C و C++. این زبان‌ها به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهند تا مقدار مشخصی از حافظه را برای متغیرها اختصاص دهند، اما به‌طور خودکار مانع از تجاوز بیشتر این متغیرها به اندازه تخصیص‌یافته‌شان نمی‌شوند. این مسئله زمانی مشکل ساز می شود که یک برنامه داده های بیشتری را در یک بافر بنویسد که از عهده آن بر می آید و در نتیجه سرریز می شود.
هنگامی که یک سرریز بافر رخ می دهد، داده های اضافی می توانند فضاهای حافظه مجاور را بازنویسی کنند و محتوای آنها را خراب یا تغییر دهند. این می تواند باعث رفتار غیرمنتظره در نرم افزار شود که منجر به خرابی یا نتایج نادرست شود. در بدترین سناریو، یک سرریز بافر می تواند برای اجرای کد دلخواه مورد سوء استفاده قرار گیرد و به طور موثر کنترل سیستم را برای مهاجم فراهم کند.
مکانیک داخلی سرریز بافر
بافر اساساً یک بلوک پیوسته از حافظه است که برای نگهداری داده ها اختصاص داده شده است. سرریز بافر زمانی اتفاق می افتد که داده های بیشتری نسبت به تخصیص اولیه در این بلوک حافظه نوشته شود. سرریز داده ها می تواند مکان های حافظه مجاور را بازنویسی کند و جریان نرمال برنامه را مختل کند.
در یک مورد معمول از حمله سرریز بافر، یک کاربر مخرب عمدا داده های اضافی را با الگوهای خاص ارسال می کند. وقتی این داده سرریز می شود، می تواند آدرس برگشتی یک تابع را بازنویسی کند. اگر سرریز به درستی ساخته شده باشد، آدرس برگشتی رونویسی شده می تواند به کد مخرب اشاره کند که ممکن است در داده های سرریز شده باشد. این جریان اجرای هدایت شده به مهاجم کنترل سیستم را می دهد.
ویژگی های کلیدی سرریز بافر
سرریز بافر با چند ویژگی کلیدی مشخص می شود:
- فساد داده ها: سرریز داده ها می تواند فضاهای حافظه مجاور را خراب کند و منجر به رفتار غیرقابل پیش بینی برنامه شود.
- خراب شدن برنامه ها: سرریزهای بافر اغلب باعث از کار افتادن برنامه‌ها می‌شوند، زیرا ساختارهای داده مهم را خراب می‌کنند یا داده‌های کنترلی برنامه را بازنویسی می‌کنند.
- سوء استفاده های امنیتی: سرریزهای بافر را می توان برای دستیابی به اجرای کد دلخواه مورد سوء استفاده قرار داد و به مهاجم اجازه می دهد تا کنترل سیستم را به دست آورد.
انواع سرریز بافر
انواع مختلفی از سرریز بافر وجود دارد که هر کدام ویژگی ها و تکنیک های بهره برداری خاص خود را دارند. برخی از رایج ترین آنها عبارتند از:
| تایپ کنید | شرح |
|---|---|
| سرریز پشته | زمانی رخ می دهد که بافری که روی پشته قرار دارد سرریز شود. این رایج ترین نوع سرریز بافر است. |
| سرریز هیپ | زمانی رخ می دهد که یک بافر واقع در پشته (حافظه تخصیص یافته به صورت پویا) سرریز شود. |
| سرریز عدد صحیح | زمانی اتفاق می‌افتد که یک عملیات حسابی منجر به یک عدد صحیح شود که آنقدر بزرگ است که نمی‌توان آن را در نوع صحیح مرتبط ذخیره کرد. |
| سرریز رشته را قالب بندی کنید | زمانی اتفاق می‌افتد که یک برنامه ورودی مورد استفاده در رشته‌های فرمت خروجی را به درستی تأیید نمی‌کند و به مهاجم اجازه می‌دهد حافظه را بازنویسی کند. |
کاربردها، مشکلات و راه حل ها
سرریزهای بافر اغلب توسط مهاجمان برای تزریق کد مخرب یا اختلال در عملکرد نرمال برنامه مورد سوء استفاده قرار می گیرند. با این حال، آنها یک استفاده مورد نظر یا مشروع از زبان های برنامه نویسی نیستند و تلاش زیادی برای جلوگیری از وقوع آنها انجام شده است.
راه حل برای مشکلات سرریز بافر عمدتاً در شیوه ها و فناوری های برنامه نویسی دفاعی نهفته است. به عنوان مثال، بررسی کرانه ها می تواند با اطمینان از اینکه داده های نوشته شده در یک بافر از اندازه آن بیشتر نمی شود، از سرریز بافر جلوگیری می کند. به طور مشابه، حفاظت از حافظه غیرقابل اجرا می تواند مانع از اجرای کد در یک بافر سرریز شده توسط مهاجم شود.
مقایسه با مفاهیم مشابه
در اینجا برخی از اصطلاحات مشابه و تفاوت آنها با سرریز بافر آورده شده است:
| مدت، اصطلاح | شرح | تفاوت |
|---|---|---|
| جریان زیرین بافر | زمانی اتفاق می‌افتد که یک برنامه سعی می‌کند داده‌های بیشتری از آنچه در حال حاضر در بافر موجود است بخواند. | برخلاف سرریز بافر، underflow معمولاً منجر به آسیب‌پذیری‌های امنیتی نمی‌شود. |
| نشت حافظه | زمانی اتفاق می‌افتد که یک برنامه تخصیص حافظه را به درستی مدیریت نکند، که منجر به کاهش حافظه موجود در طول زمان می‌شود. | در حالی که نشت حافظه ممکن است عملکرد سیستم را کاهش دهد، آنها معمولاً یک بردار حمله مانند سرریز بافر را ارائه نمی دهند. |
| سرریز پشته (نه بافر) | زمانی رخ می دهد که پشته تماس یک برنامه از حد خود فراتر رود. | این اصطلاح با سرریز بافر ارتباطی ندارد و نتیجه بازگشت بیش از حد یا متغیرهای پشته بزرگ است. |
چشم اندازها و فناوری های آینده
آگاهی و تأثیر سرریزهای بافر منجر به نوآوری های مختلفی در برنامه نویسی و طراحی سیستم شده است. زبان‌هایی مانند جاوا و پایتون شامل بررسی کرانه‌های داخلی برای جلوگیری از سرریز بافر توسط طراحی می‌شوند. به طور مشابه، سیستم عامل های مدرن شامل ویژگی هایی مانند Address Space Layout Randomization (ASLR) و Data Execution Prevention (DEP) برای کاهش سوء استفاده از سرریز بافر هستند.
علی‌رغم این پیشرفت‌ها، سرریز بافر در سیستم‌هایی که به کدهای قدیمی یا زبان‌های سطح پایین متکی هستند، همچنان یک نگرانی باقی می‌ماند. به این ترتیب، تحقیق و توسعه مداوم برای بهبود تکنیک های تشخیص و پیشگیری ادامه دارد.
سرورهای پروکسی و سرریز بافر
سرورهای پروکسی، مانند آنهایی که توسط OneProxy ارائه می شوند، می توانند به دو روش اصلی با سرریز بافر مرتبط شوند. اول، یک سرور پروکسی خود می‌تواند آسیب‌پذیری‌های سرریز بافر را داشته باشد، اگر به درستی کدگذاری نشده باشد، به طور بالقوه به مهاجم اجازه می‌دهد سرور را به خطر بیاندازد. دوم، یک سرور پراکسی به طور بالقوه می‌تواند تأثیر یک حمله سرریز بافر بر روی یک سیستم کلاینت را با اعتبارسنجی و سالم‌سازی ورودی‌ها یا شناسایی الگوهای ترافیک غیرعادی نشان‌دهنده یک حمله کاهش دهد.
