Atak z przepełnieniem bufora odnosi się do zagrożenia bezpieczeństwa cybernetycznego, w którym osoba atakująca próbuje przeciążyć bufor, wysyłając więcej danych, niż pierwotnie zamierzała pomieścić. Przepełnienie danych może skutkować wykonaniem złośliwego kodu, awarią systemu lub zmianą kluczowych danych.
Kontekst historyczny i pojawienie się ataków związanych z przepełnieniem bufora
Pierwsze wzmianki o ataku przepełnienia bufora pojawiły się w latach sześćdziesiątych i wczesnych siedemdziesiątych XX wieku, w epoce wczesnych komputerów typu mainframe. Jednak dopiero w latach 80. XX wieku luki te zaczęto pełniej rozumieć i wykorzystywać przez szkodliwe podmioty. Pierwszym znaczącym nagłośnionym przypadkiem ataku polegającego na przepełnieniu bufora był robak Morris z 1988 roku. Robak ten wykorzystywał lukę w zabezpieczeniach związaną z przepełnieniem bufora w usłudze sieciowej UNIX „fingerd”, powodując znaczne zakłócenia w dużych częściach wczesnego Internetu.
Dogłębny wgląd: ataki polegające na przepełnieniu bufora
Atak przepełnienia bufora może nastąpić zawsze, gdy program zapisuje dane do bufora i nie sprawdza objętości danych, co może spowodować przepełnienie bufora. Jeśli bufor zostanie przepełniony, nadpisze sąsiednią pamięć, co może spowodować uszkodzenie lub zmianę danych przechowywanych w tym miejscu. Jeżeli nadpisane dane zawierają kod wykonywalny, kodem można manipulować w celu wykonania działań pożądanych przez osobę atakującą.
Osoba atakująca może na przykład wykorzystać tę lukę do wstrzyknięcia i wykonania złośliwego kodu, zmiany ścieżki wykonania programu lub spowodowania awarii programu, uniemożliwiając dostęp do usługi. Chociaż ta luka może występować w wielu różnych językach kodowania, jest szczególnie rozpowszechniona w C i C++, które nie mają wbudowanych zabezpieczeń przed przepełnieniem.
Mechanika ataków z przepełnieniem bufora
Atak z przepełnieniem bufora można lepiej zrozumieć, zagłębiając się w wewnętrzne działanie systemu komputerowego. Kiedy program jest wykonywany, przydzielana jest mu przestrzeń pamięci stosu. Stos ten jest podzielony na różne sekcje, mianowicie zmienne lokalne (bufory), dane sterujące i rejestry procesora. Dane sterujące obejmują wskaźnik bazowy (BP), który wskazuje podstawę stosu, oraz wskaźnik powrotu (RP), który wskazuje punkt wykonania po zakończeniu bieżącej funkcji.
Gdy atakujący przepełni bufor, nadmiar danych przedostanie się do obszaru danych kontrolnych. Jeśli atakujący starannie zaprojektuje dane wejściowe, może zastąpić wskaźnik powrotu nową wartością. Ta nowa wartość może wskazywać na złośliwy kod (również dostarczony przez osobę atakującą jako część danych wejściowych) i w ten sposób spowodować wykonanie tego kodu przez aplikację.
Kluczowe cechy ataków związanych z przepełnieniem bufora
Oto kilka najważniejszych cech ataków polegających na przepełnieniu bufora:
-
Wykorzystanie słabych punktów programowania: Ataki z przepełnieniem bufora wykorzystują przede wszystkim fakt, że niektóre języki programowania, takie jak C i C++, nie wykonują żadnego sprawdzania granic tablic.
-
Wykonanie arbitralnego kodeksu: Jednym z głównych celów tego typu ataku jest wykonanie dowolnego kodu w kontekście bezpieczeństwa podatnego programu.
-
Podniesienie uprawnień: Ataki te są często wykorzystywane do podniesienia poziomu uprawnień atakującego w systemie, potencjalnie zapewniając mu kontrolę administracyjną.
-
Powszechny potencjał uszkodzeń: Ataki związane z przepełnieniem bufora mogą być dość destrukcyjne i potencjalnie powodować awarie systemu lub prowadzić do znaczących naruszeń danych.
Rodzaje ataków polegających na przepełnieniu bufora
Ataki związane z przepełnieniem bufora można podzielić na kategorie w zależności od obszaru pamięci, na który są ukierunkowane:
-
Ataki związane z przepełnieniem bufora oparte na stosie: Są to najczęstsze typy, w przypadku których następuje przepełnienie pamięci stosu, wpływające na zmienne lokalne i adresy zwrotne funkcji.
-
Ataki związane z przepełnieniem bufora oparte na stercie: W tym przypadku dochodzi do przepełnienia pamięci sterty, która jest dynamicznie przydzielana w czasie wykonywania i może uszkodzić dane.
| Typ ataku przepełnienia bufora | Opis |
|---|---|
| Oparte na stosie | W pamięci stosu występuje przepełnienie |
| Oparte na stercie | W pamięci sterty występuje przepełnienie |
Wdrożenia i środki zaradcze
Ataki związane z przepełnieniem bufora można przeprowadzić przy użyciu różnych technik, takich jak testowanie rozmyte lub inżynieria wsteczna. Istnieje jednak wiele środków zaradczych, które można zastosować, aby im zapobiec:
-
Sprawdzanie granic: Wymuszaj sprawdzanie granic we wszystkich odniesieniach do tablic i wskaźników w kodzie.
-
Przegląd kodu i analiza statyczna: Regularnie przeglądaj kod i przeprowadzaj analizę statyczną, aby wykryć potencjalne słabości.
-
Randomizacja układu przestrzeni adresowej (ASLR): Losuj lokalizację, w której pliki wykonywalne systemu są ładowane do pamięci, aby utrudnić atakującemu przewidzenie adresów docelowych.
-
Niewykonywalny stos: Oznacz obszary pamięci, takie jak stos i sterta, jako niewykonywalne. Uniemożliwia to osobie atakującej uruchomienie kodu z tych regionów.
Porównania i charakterystyka
| Przepełnienie bufora | Wstrzyknięcie SQL | Skrypty między witrynami (XSS) | |
|---|---|---|---|
| Cel | Pamięć aplikacji | Baza danych | Przeglądarka użytkownika |
| Wrażliwość językowa | Powszechne w C/C++ | SQL-a | HTML/JavaScript |
| Techniki zapobiegania | Sprawdzanie granic, ASLR, stos niewykonywalny | Przygotowane oświadczenia, ucieczka od danych wejściowych użytkownika, najniższe uprawnienia | Walidacja danych wejściowych, kodowanie wyjściowe, pliki cookie HttpOnly |
Perspektywy na przyszłość
Oczekuje się, że wraz z postępem w sztucznej inteligencji i uczeniu maszynowym nastąpi poprawa wykrywania ataków związanych z przepełnieniem bufora i zapobiegania im. Systemy wykrywania zagrożeń oparte na sztucznej inteligencji będą w stanie identyfikować złożone wzorce ataków dokładniej i szybciej niż obecne metody.
Może również wzrosnąć użycie języków z lepszym zarządzaniem pamięcią (takich jak Rust). Języki te mogą z założenia zapobiegać atakom związanym z przepełnieniem bufora, co czyni je atrakcyjną opcją do tworzenia bezpiecznych aplikacji.
Serwery proxy i ataki związane z przepełnieniem bufora
Serwery proxy mogą odgrywać kluczową rolę w zapobieganiu atakom polegającym na przepełnieniu bufora. Działając jako pośrednik między użytkownikami a serwerami, serwer proxy może analizować i filtrować ruch, pomagając wykryć podejrzane zachowania, które mogą sygnalizować atak przepełnienia bufora.
Co więcej, serwery proxy można skonfigurować tak, aby zezwalały tylko na znane bezpieczne polecenia, uniemożliwiając wykonanie dowolnego kodu w systemie docelowym. Dzięki temu nawet jeśli osoba atakująca spróbuje wykorzystać lukę w zabezpieczeniach związaną z przepełnieniem bufora, szkodliwe działania, które chce wykonać, zostaną zablokowane przez serwer proxy.
