深度解析Linux经典栈溢出攻击方式 (linux 经典栈溢出)

栈（Stack）是计算机内存中的一种数据结构，用于保存函数调用中的参数和局部变量等信息。但是，栈在实现过程中存在缺陷，即栈溢出（Stack Overflow），也就是在栈空间中写入超过其分配空间的数据。攻击者可以利用这个漏洞实现栈溢出攻击。而Linux系统是这类栈溢出攻击的主要受害者，因此本文将深入探讨Linux经典栈溢出攻击的实现原理和防范方法。

一、栈溢出攻击原理

我们需要了解一些基础概念。

1.1 调用栈

当一个函数被调用时，它的程序参数存储在栈中的一部分内存中，同时在栈的顶部存储了该函数的返回地址，也就是说当该函数执行完毕之后会返回到该地址处继续执行。调用栈是这样的一个数据结构，调用函数时使用，当函数返回时撤销之前的函数调用。

1.2 栈溢出

当向一个缓冲区写入超过其本身容量的数据时，数据就会覆盖那个缓冲区后面的内存地址。如果这个被写入的位置正好是调用栈元素的位置，那么就会覆盖这个调用栈上的栈帧（Stack Frame）中的数据，同时也会覆盖存储在栈中的返回地址。由此，攻击者就可以在函数返回时跳转到自己编写的代码中去执行，从而完全控制程序的执行流程。

一旦攻击者控制了程序的执行流程，他就可以做任何事情，例如启动后门程序、读取机密文件、改变环境变量、执行任意代码等等。由于栈溢出是一种常见的漏洞类型，恶意攻击者利用栈溢出攻击常常能够成功。

1.3 栈溢出攻击的实现方式

基本原理已经解释清楚了，攻击者实现这么一个栈溢出攻击的方法通常有两种：

1.3.1 覆盖函数返回地址

攻击者通过覆盖栈上的返回地址，使得当前函数执行完成时会跳转到攻击者编写的代码处继续执行。这个方法实现起来比较简单，只要知道栈帧的大小，计算出攻击者的代码地址就可以，因为跳转地址就是覆盖掉的返回地址。

1.3.2 利用shellcode

Shellcode可以看作是一段正常的程序，但是它的目标是执行攻击者想要的命令。攻击者可以在栈溢出时把shellcode放入到栈缓冲区中，然后同时覆盖掉返回地址，这样函数执行完毕时就会跳转到这个shellcode执行攻击者编写的程序，这种方式在绕过程序栈非执行区域的保护措施上比较有用。

二、Linux下的栈溢出攻击

Linux系统是一种受到极大威胁的操作系统。因此，对于Linux下的栈溢出攻击，我们需要重点关注以下几点。

2.1 编译器优化引起的问题

Ubuntu发行版下，gcc 5 开始默认启用了栈保护技术，即在栈上加入了一段特定的随机值作为stack canary，用于在函数返回时防止栈被破坏，这样就可以一定程度上防止栈溢出攻击。当栈被修改时，会触发 stack canary 检查，导致程序异常终止。

但是，在编写某些特定类型程序时，利用未经验证的用户输入，或者字符串格式化等可疑操作时，这种技术可能未能及时发现栈溢出攻击，同时这种技术对程序带来的额外负荷也是不能忽略的。

2.2 代码注入

代码注入通常是通过覆盖函数栈帧返回地址的方法实现的。在覆盖函数返回地址时，攻击者可以将指向攻击者编写的恶意代码的地址写入该位置。当缓冲区溢出时，程序就会跳转到恶意代码，并执行该代码。这种攻击方法几乎可以越过任何内存保护，从而成为Linux系统下更受欢迎的攻击类型之一。

2.3 思考：是否需要编写地址

上文提到的栈溢出攻击，常常需要覆盖函数栈帧中的返回地址，其中最重要的是攻击者需要知道攻击代码的地址。另外一种思路是直接使用已经存在的函数的地址（终止器函数）将代码放入堆栈上，从而在下次调用时执行该代码。这种方法不需要知道恶意代码的地址，因此会比较高效。这种方法跟之前的方法一样，同时也是比较受欢迎的栈溢出攻击方式，特别是在堆栈上跳转到快速终止器函数调用的时候。

三、防范栈溢出攻击的方法

3.1 栈保护技术

很多操作系统现在都提供了一种在栈中加入 stack canary 的保护机制。这种机制会在栈中添加一个随机数，随机数的值只有在函数返回时才能计算出来。这个随机数会被保存在一次返回的信息中，因此，如果在返回时该值被修改了，那么程序就会中断执行，从而避免了栈溢出攻击的发生。

3.2 编译器选项

编译器有一些选项可以使得栈更安全，比如可以让编译器自动寻找可疑的缓冲区、强制编译器检测函数调用的大小。

3.3 堆栈空间初始化

很多攻击者利用指针未被初始化的漏洞来实现栈溢出攻击，因此，适当的初始化变量非常有必要。在一些高级语言中则更为自动化，例如 Java、Python、C# 等高级语言会将变量自动置为 null 或 0。

3.4 输入验证

正常的输入应该被验证其完整性和大小，并且需要确保不会造成过度的数据输入。同时，输入验证还可以保证程序在运行期间不会出现意外溢出。

3.5 限制系统权限

操作系统不需要 root 权限就可以对程序进行控制和执行，因此操作系统对程序所属的用户、资源的权限等方面的控制也是很重要的。

对于栈溢出攻击方面，Linux系统并没有真正解决这个问题，因此，良好的程序设计、开发和实施安全措施是保护 Linux 系统的更佳方法。希望今天的文章能够为大家了解 Linux 系统栈溢出攻击提供一些参考，同时也帮助大家更好地应对这种致命漏洞。