什麼是緩衝區溢位(Buffer Overflow)?

緩衝區溢位是一種電腦安全漏洞，當程式試圖將超出其預留存儲區域的資料寫入緩衝區時，可能導致記憶體超出範圍，損壞數據，或甚至執行惡意代碼。 駭客利用這種漏洞，可能入侵系統並執行惡意操作。為防止緩衝區溢位攻擊，開發者應該實施良好的程式碼驗證和安全性措施， 以確保緩衝區大小不會被超越，並防止潛在風險。如下圖，程式使用strcpy函式把變數src複製到變數dest，但是dest的buffer不夠空間存放字串， 因而影響到另一個變數 i，因而造成程式並未修改變數 i，意外的造成變數 i的值，這就是buffer overflow。

Buffer Overflow

緩衝區溢位攻擊(Buffer Overflow Attack)原理介紹及駭客如何和用緩衝區溢位攻擊入侵你的系統?

Youtube影片介紹一支簡單的登入程式介紹緩衝區溢位攻擊原理，影片中透過Buffer Overflow介紹暫存器(Register)， 堆疊(Stack)及記憶體之間的關聯, 堆疊裡面存放了那些你不知道的東西, 這段影片只介紹如何透過Buffer Overflow， 來修改flag進而避過密碼檢查，而成功登入系統的原理，未來有機會再做進階研究影片來介紹駭客如何透過Buffer Overflow執行任意的程式。

Buffer Overflow Attack Impact

Buffer Overflow可能造成的衝擊

電腦安全一直是現代社會中不可忽視的議題之一。其中，Buffer Overflow（緩衝區溢位）是一種常見的漏洞，可能對系統造成嚴重的衝擊。 當發生 Buffer Overflow時，存在著幾個關鍵問題和影響，這些問題可能直接威脅系統的安全性。以下是一些需要強調的要點：

  • 緩衝區溢位可能導致程式Crash
  • 這可能導致系統的不穩定性。如果發生在關鍵系統或應用程式中，這可能會導致數據損失、系統停機，甚至可能使系統變得無法使用。例如，操作系統核心或重要的網絡設備如果受到 Buffer Overflow 攻擊，可能會對整個網絡基礎設施造成嚴重損害。
  • 登入繞過(Login bypass)問題
  • Buffer Overflow 攻擊可用於繞過登入驗證，進入受保護的系統或應用程式。攻擊者可以通過修改相關數據，例如使用者名稱和密碼，從而獲得未經授權的訪問權限。
  • 資料被修改
  • 攻擊者可以利用緩衝區溢位漏洞，覆蓋鄰近的內存區域，進而修改程式中的變數或數據。這樣的修改可能導致意外的執行結果，這裡所說的意外結果是程式設計師的意外的執行結果, 但可能是駭客所預期的結果。
  • 數據竊取和操控
  • 攻擊者可能使用 Buffer Overflow 攻擊來竊取敏感數據，例如個人資訊、金融信息或企業機密。同時，他們也可以操控系統的行為，執行惡意操作，甚至加密文件，進一步加劇後果。
  • Buffer Overflow 也可能被用於執行恶意程式碼
  • 攻擊者通常會利用這種漏洞將自己的程式碼插入到緩衝區中，然後誘使目標程式跳轉到這段程式碼，以實現攻擊目的。這可能包括竊取敏感數據、操控系統、癱瘓網絡服務，或者甚至用於未來的攻擊。這樣的攻擊可能對個人隱私和數據安全造成重大風險，並可能對組織造成巨大損失。

如何防範 Buffer Overflow 攻擊

根據 OWASP 的最佳實踐(Best Practice) Buffer Overflow 攻擊一直以來都是一個嚴重的電腦安全問題，可能對系統和數據造成嚴重危害。為了防範這種風險， 我們可以倚靠 OWASP（Open Web Application Security Project）提供的最佳實踐和指南，來加強我們的應用程式和系統安全性。

  • 適當的軟體設計和編碼
  • OWASP建議軟體開發者使用安全的編碼實踐，包括範圍檢查和正確的數據驗證，以減少緩衝區溢位的可能性。 這可以通過使用編程語言提供的內建安全函數來實現。
  • 使用安全編程語言和工具
  • OWASP建議選擇使用內建安全特性的程式語言，例如Rust和Ada等。此外，應使用靜態分析工具， 例如Fortify 或 Coverity，來檢測潛在的編碼錯誤。
  • 堆疊(Stack)保護和地址空間配置隨機化
  • 這些安全措施可以幫助防範Buffer Overflow攻擊。堆疊保護（如StackGuard）可以保護栈的完整性， 而地址空間配置隨機化（ASLR）使攻擊者更難預測數據的位置。
  • 使用安全函數庫
  • 開發者應使用安全函數庫，這些函數庫經過安全測試，並提供安全的內存管理函數，從而降低攻擊面。
  • 持續安全測試
  • OWASP鼓勵定期進行安全測試，包括測試應用程式中的緩衝區溢位漏洞。這可以通過漏洞掃描工具和測試團隊的努力來實現。
  • 教育和培訓
  • 最重要的是教育開發人員和系統管理員，讓他們了解Buffer Overflow攻擊的風險，以及如何避免它們。

以上有些建議只適合資金充裕的企業，對於大部份的企業, 缺資金缺資源, 但是最重要的是教育開發人員和系統管理員, Buffer Overflow的產生, 就是在修改變數時, 寫入的資料超過變數的記憶體配置範圍, 檢查寫入資料的長度可確實的 防範Buffer Overflow; 但是隨著程式愈來愈大, 愈來愈複雜, 這些檢查也愈來愈困難, 所以使用使用靜態分析工具來 幫忙是不可避免的; 另外函式庫的選擇與使用也是很重要的課題, 選擇函式庫就不用多做解釋, 使用函式庫API的時候 大部份人會google找別人的程式碼, 使用Ctrl-C/Ctrl-V大法, 我並不反對使用別人的程式確, 但是網路上的程式碼和 網路的假新聞差不多, 假新聞使用95%的真新聞Cover 5%的假新聞; 而駭客也會寫範例程式, 程式讓你看起來覺得沒問題, 但是其實裡面利用你不了解API的使用方式, 而讓你的程式造成弱點, 所以建議你在參考別人的程式之前, 先詳細了解 API的使用方式, 才不容易造成程式的弱點。

Buffer Overflow Attack Prevention