Heap spraying é uma técnica utilizada por hackers para facilitar a execução arbitrária de código, normalmente como parte de uma exploração contra uma vulnerabilidade de software. Ele opera alocando inúmeras estruturas de dados “heap” contendo carga maliciosa, aumentando assim a probabilidade de que uma vulnerabilidade de buffer overflow, por exemplo, resulte na execução do código do invasor.
A gênese do Heap Spray e sua primeira menção
O heap spraying como técnica de exploração tem suas raízes no final dos anos 1990 e início dos anos 2000, quando a Internet estava ganhando popularidade e a segurança cibernética não era tão robusta como hoje. Sua primeira menção importante foi no trabalho do hacker ético e especialista em segurança cibernética SkyLined, que forneceu descrições abrangentes e exemplos da técnica. Os insights da SkyLined ajudaram a ilustrar a gravidade da pulverização em pilhas como um vetor de ameaça, levando a maiores esforços para mitigar os seus impactos.
Heap Spray: um exame aprofundado
A pulverização de heap envolve preencher o heap – uma região da memória de um computador usada para alocação dinâmica de memória – com pedaços de dados contendo uma sequência de bytes específica, geralmente chamada de “trenó NOP” ou “slide NOP”. A carga útil real da exploração, normalmente um shellcode, é colocada no final desta sequência. Esse arranjo essencialmente “guia” o fluxo de execução para a carga útil se uma vulnerabilidade permitir o controle do ponteiro de instrução.
A pulverização de heap é usada principalmente em ataques contra programas de software que apresentam um bug de memória, normalmente um buffer overflow ou uma vulnerabilidade de uso após liberação. Esses bugs podem permitir que um invasor substitua um endereço de memória que, se manipulado com precisão, pode ser usado para direcionar a execução para o heap. A pulverização de heap ajuda a “preparar” o heap para isso, aumentando a probabilidade de uma execução redirecionada atingir a carga útil de um invasor.
Como funciona o Heap Spray: dissecando a técnica
A pulverização de heap funciona inundando o espaço de heap com cópias de uma sequência de bytes desejada. Aqui está uma sequência simplificada do procedimento:
- O heap spray é acionado, geralmente por meio de JavaScript em um ambiente web.
- O heap spray preenche o heap com vários blocos de memória contendo os dados do invasor.
- Os dados pulverizados são estruturados com um trenó NOP que leva à carga útil da exploração.
- Se um bug explorável estiver presente, a execução poderá ser redirecionada para um endereço de memória arbitrário.
- Dada a presença generalizada dos dados pulverizados, há uma grande chance de que esse redirecionamento leve à carga útil do invasor.
- A carga útil é então executada, fornecendo ao invasor o resultado desejado, geralmente o controle remoto do sistema.
Principais recursos do Heap Spray
O spray heap é caracterizado por vários recursos principais:
- Maior taxa de sucesso de ataque: A pulverização de heap aumenta a chance de exploração bem-sucedida de uma vulnerabilidade de corrupção de memória.
- Manipulação de memória: Ele manipula o estado da memória do processo para facilitar a execução arbitrária de código.
- Explorável em vários ambientes: A pulverização de heap pode ser implantada em vários ambientes, como navegadores da Web ou aplicativos de servidor.
- Frequentemente combinado com outras explorações: A pulverização de heap é geralmente usada em conjunto com outras explorações de vulnerabilidade para atingir o fim desejado.
Tipos de spray de pilha
As técnicas de heap spray podem ser categorizadas com base no ambiente de exploração e na natureza da entrega da carga útil.
| Tipo | Descrição |
|---|---|
| Spray de pilha JavaScript | Usado em ataques baseados na Web, o JavaScript é usado para preencher a pilha com cargas maliciosas. |
| Spray de pilha flash | Usa Adobe Flash para realizar a pulverização, normalmente em ambientes web. |
| Spray de pilha Java | Utiliza miniaplicativos Java para spray, outro método para ataques baseados na web. |
| Spray de pilha de precisão | Tem como alvo objetos específicos no heap, úteis em explorações de uso após liberação. |
Aplicações, desafios e soluções de Heap Spray
A pulverização de heap é predominantemente utilizada por invasores no mundo cibernético para explorar vulnerabilidades de software. Ele tem sido amplamente empregado na criação de malware sofisticado e na execução de ameaças persistentes avançadas (APTs).
O principal desafio do heap spraying do ponto de vista da segurança é sua detecção e prevenção. As soluções tradicionais de segurança baseadas em assinaturas lutam para identificar ataques heap spray devido à sua natureza dinâmica. Como tal, as soluções modernas dependem da detecção baseada em comportamento e do uso de técnicas de mitigação de exploração, como Address Space Layout Randomization (ASLR) e Data Execution Prevention (DEP).
Comparações e características
Comparando a pulverização em pilha com outras técnicas semelhantes, como pivotamento de pilha e programação orientada a retorno (ROP), a pulverização em pilha se destaca por sua simplicidade e alta taxa de sucesso. Embora cada uma dessas técnicas tenha características e casos de uso exclusivos, todas são técnicas para explorar vulnerabilidades de corrupção de memória para executar código arbitrário.
| Técnica | Características |
|---|---|
| Pulverizador de pilha | Simples, usado para aumentar a taxa de sucesso de explorações de corrupção de memória. |
| Dinâmica de pilha | Complexo, redireciona ponteiros de pilha para outro local, frequentemente usado em ataques de buffer overflow. |
| ROP | Complexo, aproveita trechos de código (“gadgets”) existentes na memória, contornando certas mitigações de exploração. |
Perspectivas e Tecnologias Futuras
A eficácia do heap spraying diminuiu ao longo do tempo com a implementação de técnicas de randomização de memória e prevenção de execução. No entanto, os invasores continuam a evoluir seus métodos, criando técnicas de heap spray mais sofisticadas e precisas para contornar essas proteções. Por exemplo, a pulverização just-in-time (JIT) foi uma técnica desenvolvida para contornar a DEP manipulando o código compilado JIT na memória.
Servidores proxy e spray de heap
Os servidores proxy podem ser aproveitados no contexto de um ataque heap spray para mascarar a origem do ataque, tornando mais difícil para os investigadores rastrear a origem do ataque. Por outro lado, os servidores proxy seguros também podem atuar como uma camada de defesa, bloqueando o tráfego malicioso conhecido ou isolando os sistemas clientes da exposição direta a conteúdos potencialmente prejudiciais.
