Heap Spraying เป็นเทคนิคที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในโลกของการแสวงหาประโยชน์จากคอมพิวเตอร์ โดยหลักแล้วจะเกี่ยวข้องกับการท่วมพื้นที่ของหน่วยความจำฮีปของกระบวนการด้วยเชลล์โค้ด เพื่อเพิ่มโอกาสในการรันโค้ดที่กำหนดเอง เมื่อช่องโหว่ เช่น บัฟเฟอร์ล้น ถูกโจมตี
ประวัติความเป็นมาของการพ่นกองและการกล่าวถึงครั้งแรก
การฉีดพ่นแบบฮีปได้รับความสนใจจากสาธารณชนเป็นครั้งแรกในเอกสารด้านความปลอดภัยที่เขียนโดย Matt Conover และ Oded Horovitz ในหัวข้อ "Heap Spraying: เทคนิคในการต่อต้านมาตรการรักษาความปลอดภัยทั่วไป" ซึ่งตีพิมพ์ในต้นปี 2000 การเริ่มต้นได้รับแรงผลักดันจากการใช้งานกลไกความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นซึ่งออกแบบมาเพื่อสุ่มพื้นที่ที่อยู่ของกระบวนการที่ทำงานอยู่ ซึ่งทำให้ผู้โจมตีคาดเดาได้ยากว่ารหัสเชลล์ของพวกเขาจะอยู่ที่ใดในหน่วยความจำ
ขยายหัวข้อ: การพ่นกอง
การพ่นฮีปถูกใช้เป็นหลักในการหาประโยชน์จากช่องโหว่ความเสียหายของหน่วยความจำ จุดมุ่งหมายคือเพื่อจัดการฮีปของกระบวนการในลักษณะที่เชลล์โค้ดของผู้โจมตีถูกกระจายไปทั่วส่วนใหญ่ของกระบวนการ ซึ่งทำได้โดยการสร้างอ็อบเจ็กต์หรืออินสแตนซ์หลายรายการภายในฮีป โดยแต่ละอ็อบเจ็กต์จะมีสำเนาของเชลล์โค้ดที่ต้องการ
เทคนิคนี้มักจะใช้ร่วมกับการหาประโยชน์อื่นๆ ที่อนุญาตให้มีการเรียกใช้โค้ดโดยอำเภอใจ อย่างไรก็ตาม ปัญหาของการหาประโยชน์เหล่านี้ก็คือ มักต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับตำแหน่งหน่วยความจำที่แน่นอนของโค้ดที่จะดำเนินการ ซึ่งเนื่องจากมาตรการรักษาความปลอดภัยต่างๆ จึงเป็นเรื่องยากที่จะระบุได้ การฉีดพ่นฮีปช่วยแก้ปัญหานี้โดยการเติมส่วนสำคัญของฮีปด้วยเชลล์โค้ดที่จำเป็น ซึ่งช่วยเพิ่มโอกาสที่ช่องโหว่จะกระตุ้นให้เรียกใช้โค้ดในทางสถิติ
โครงสร้างภายในของการพ่นฮีป
ฟังก์ชั่นการฉีดพ่นแบบฮีปผ่านกระบวนการสองขั้นตอน:
-
สเปรย์: หน่วยความจำฮีปเต็มไปด้วยเชลล์โค้ดที่ต้องการหลายอินสแตนซ์ สิ่งนี้ทำได้โดยการสร้างอ็อบเจ็กต์หรืออินสแตนซ์ที่มีเชลล์โค้ด ซึ่งจากนั้นจะถูกจัดสรรในที่อยู่หน่วยความจำที่แตกต่างกันของฮีป
-
สิ่งกระตุ้น: มีช่องโหว่ในการรันโค้ดโดยอำเภอใจ เนื่องจากหน่วยความจำเต็มไปด้วยอินสแตนซ์ของเชลล์โค้ด โอกาสที่โค้ดที่ดำเนินการจะเป็นเชลล์โค้ดของผู้โจมตีจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก
คุณสมบัติที่สำคัญของการพ่นฮีป
คุณสมบัติที่สำคัญของการฉีดพ่นแบบฮีป ได้แก่ :
- ส่วนใหญ่เป็น payload-agnostic ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อรันเชลล์โค้ดแทบทุกประเภท
- มันเพิ่มความน่าจะเป็นของการเรียกใช้โค้ดที่ประสบความสำเร็จอย่างมากเมื่อใช้ประโยชน์จากช่องโหว่
- โดยจะข้ามมาตรการรักษาความปลอดภัยบางอย่าง เช่น การสุ่มเค้าโครงพื้นที่ที่อยู่ (ASLR) โดยไม่จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับที่อยู่หน่วยความจำที่แน่นอน
ประเภทของการพ่นกอง
การพ่นฮีปมีหลากหลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบจะแตกต่างกันไปตามวิธีการที่ใช้ในการพ่นฮีป นี่คือบางประเภท:
| ประเภทการพ่นกอง | คำอธิบาย |
|---|---|
| การพ่นฮีปแบบคลาสสิก | เกี่ยวข้องกับการจัดสรรบล็อกหน่วยความจำซ้ำๆ โดยแต่ละบล็อกมีเชลล์โค้ด |
| การพ่นฮีปตามลำดับ | จัดสรรบล็อกหน่วยความจำขนาดใหญ่และเติมด้วยเชลล์โค้ด |
| การพ่นฮีปแบบเลื่อน NOP | ใช้ NOP-sled (ลำดับของคำแนะนำที่ไม่มีการดำเนินการ) หน้าเชลล์โค้ดเพื่อเพิ่มอัตราความสำเร็จ |
วิธีใช้การพ่นฮีพ ปัญหา และแนวทางแก้ไข
Heap Spraying ถูกใช้เป็นหลักในบริบทของการแสวงหาประโยชน์ด้านความปลอดภัย โดยเฉพาะในการใช้ประโยชน์จากช่องโหว่ความเสียหายของหน่วยความจำ เป็นเทคนิคที่ทรงพลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับช่องโหว่ที่อนุญาตให้มีการเรียกใช้โค้ดโดยอำเภอใจ
อย่างไรก็ตาม การใช้ฮีปพ่นก็ไม่ได้ปราศจากความท้าทายแต่อย่างใด ปัญหาหนึ่งคือเมื่อขนาดฮีปเพิ่มขึ้น เทคนิคนี้ก็จะตรวจพบได้มากขึ้น ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการนำเทคนิคการลดช่องโหว่มาใช้เพิ่มมากขึ้น เช่น ASLR และ DEP (Data Execution Prevention) ซึ่งทำให้การเรียกใช้เชลล์โค้ดจากฮีปยากขึ้น
เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ผู้โจมตีอาจหันไปใช้วิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นในการพ่นฮีป เช่น การพ่น JIT ซึ่งใช้ประโยชน์จากคอมไพเลอร์แบบทันเวลาเพื่อทำให้ฮีปปฏิบัติการได้ ในทางกลับกัน ผู้ปฏิบัติงานด้านความปลอดภัยจำเป็นต้องปรับปรุงและพัฒนาเทคนิคการบรรเทาผลกระทบใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง
ลักษณะหลักและการเปรียบเทียบกับข้อกำหนดที่คล้ายกัน
การพ่นฮีปมักถูกเปรียบเทียบและเปรียบเทียบกับเทคนิคการหาประโยชน์ที่คล้ายกัน เช่น การแตกกองซ้อนและการเขียนโปรแกรมเชิงส่งคืน (ROP)
| เทคนิค | คำอธิบาย | ความเหมือน/ความแตกต่างกับการพ่นฮีป |
|---|---|---|
| กองที่ยอดเยี่ยม | เกี่ยวข้องกับการทำให้สแต็กเสียหายเพื่อแก้ไขการทำงานของโปรแกรม | ซึ่งแตกต่างจากการพ่นฮีป การแตกกองซ้อนต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับรูปแบบหน่วยความจำที่แม่นยำ |
| การเขียนโปรแกรมเชิงผลตอบแทน (ROP) | เกี่ยวข้องกับการใช้ข้อมูลโค้ด (แกดเจ็ต) ที่มีอยู่เพื่อดำเนินการที่เป็นอันตราย | ROP เช่นเดียวกับการพ่นฮีป สามารถข้าม DEP ได้ แต่ไม่จำเป็นต้องเติมหน่วยความจำด้วยเชลล์โค้ด |
มุมมองและเทคโนโลยีแห่งอนาคตที่เกี่ยวข้องกับการพ่นกอง
แม้ว่าการฉีดพ่นแบบฮีปยังคงเป็นภัยคุกคาม แต่อนาคตจะชี้ให้เห็นถึงกลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบที่มีประสิทธิผลมากขึ้น เทคนิคต่างๆ เช่น Control Flow Integrity (CFI) และ ASLR ที่ปรับปรุงแล้วสามารถทำให้การใช้ประโยชน์จากช่องโหว่ทำได้ยากขึ้น นอกจากนี้ การเรียนรู้ของเครื่องและอัลกอริธึม AI ยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับพฤติกรรมที่ผิดปกติในฮีปได้ดีขึ้น
ในทางกลับกัน เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้า ผู้โจมตีอาจหันไปใช้เทคนิคที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น การฉีดพ่น JIT และช่องโหว่ในการใช้งานฟรี ซึ่งนำเสนอความท้าทายเฉพาะตัวของพวกเขาเอง
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์และการพ่นฮีป
พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการพ่นฮีป อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถมีบทบาททั้งในการกระทำผิดและการบรรเทาการโจมตีที่ใช้การพ่นฮีป
จากมุมมองของผู้โจมตี สามารถใช้พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์เพื่อซ่อนตำแหน่งของตนและทำให้การติดตามการโจมตียากขึ้น ในด้านการป้องกัน พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์สามารถเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานด้านความปลอดภัยขนาดใหญ่ โดยบันทึกข้อมูลการรับส่งข้อมูลเพื่อการวิเคราะห์ ซึ่งสามารถช่วยในการตรวจจับพฤติกรรมที่ผิดปกติหรือการหาประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นได้ในระยะแรกๆ
ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการฉีดพ่นฮีปและหัวข้อที่เกี่ยวข้อง โปรดดูแหล่งข้อมูลต่อไปนี้:
- Conover, M. , & Horovitz, O. (2004) การพ่นกอง: เทคนิคในการตอบโต้มาตรการรักษาความปลอดภัยทั่วไป กระดาษรักษาความปลอดภัย
- “Heap Spraying” บน OWASP (Open Web Application Security Project): https://www.owasp.org/index.php/Heap_spraying
- “ความปลอดภัยของหน่วยความจำ” บน Mozilla Developer Network (MDN): https://developer.mozilla.org/en-US/docs/Memory_safety
- “ใช้ประโยชน์จากการปรับปรุงการลดผลกระทบใน Windows 8” บน Microsoft Security Response Center (MSRC): https://msrc.microsoft.com/update-guide/en-us/
โปรดทราบว่าการทำความเข้าใจการพ่นฮีปและเทคนิคที่คล้ายกันอย่างลึกซึ้งนั้นจำเป็นต้องมีความรู้ที่ดีเกี่ยวกับการจัดการหน่วยความจำคอมพิวเตอร์และภาษาการเขียนโปรแกรม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้รับการอัปเดตด้วยมาตรการรักษาความปลอดภัยและกลยุทธ์การบรรเทาล่าสุดอยู่เสมอ
