深入探析linux栈溢出攻击的本质原理 (linux栈溢出攻击原理)

深入探析Linux栈溢出攻击的本质原理

在计算机科学领域中，存在许多安全漏洞，其中栈溢出攻击是一种常见的攻击手段。Linux操作系统作为开源操作系统，在使用过程中，栈溢出攻击也广泛出现。因此，深入了解Linux栈溢出攻击的本质原理是非常重要的。

一、栈的定义

在计算机系统中，栈指的是一种数据结构，是一种先进后出的数据结构。栈是在代码执行期间自动创建的，其位置在内存中的栈段。每当一个函数被调用时，就会创造出一个栈帧（stack frame），每个栈帧包含了被调用函数的参数、局部变量和返回值，当函数调用完成后，则会弹出这个栈帧，将控制权交给调用者。

二、栈溢出攻击原理

栈在设计上的问题导致了栈溢出攻击。栈上的缓冲区通常被用来临时存储数据，比如函数调用的参数和局部变量。但是，这些缓冲区并没有被设计成可以防止攻击的，因此，当只有少量的数据被存储在栈缓冲区时，攻击者可以通过输入超过栈缓冲区大小的数据来覆盖其他关键数据，从而实现对系统的控制。

攻击者可以通过精心构造的输入，将输入的多余数据覆盖其他重要数据，比如函数返回地址、指针、函数参数等，并将一个带有恶意代码的函数指针放到这个位置上。当函数返回时，程序会按照恶意代码指针的地址去执行，这样攻击者就可以获得系统的控制权。

三、栈溢出攻击的分类

栈溢出攻击的分类主要有以下几种：

1、缓冲区溢出攻击

缓冲区溢出攻击是指，攻击者向程序输入超过其处理能力的数据，以此覆盖栈上的重要数据，从而控制系统。

2、栈脏字攻击

栈脏字攻击是针对某些系统，在函数栈帧出栈时没有清除已经使用过的栈数据，在下次使用的时候被当成有效数据而被滥用的攻击方法。

3、格式化字符串攻击

格式化字符串攻击（format string attack），是指攻击者通过格式化字符串漏洞，以某种方式将代码注入受害者机器，然后执行所注入的代码。

四、防范措施

要防止栈溢出攻击，可以采取以下措施：

1、数据的验证

一般来讲，对数据的验证是防止栈溢出攻击的有效手段，程序需要对数据输入进行合法性验证，例如根据输入类型，限制输入长度等方法，并将数据范围限制在程序预处理时指定的范围内。

2、堆栈随机化

堆栈随机化技术是指在系统加载执行过程中，将栈地址随机化。这样攻击很难估计哪里是正常位置，自然难以知道往哪里覆盖数据，有效预防了栈溢出攻击。

3、地址随机布局

地址随机布局技术（ASLR，Address Space Layout Randomization）是一种通过将系统内存地址的分配随机化来增加安全性的技术。ASLR技术可以随机化程序在内存中的分布，使得攻击者难以选择正确的地址进行攻击，从而阻止攻击者对栈进行操作。

4、使用高级编程语言

高级编程语言的使用可以有效地避免一些栈溢出漏洞的产生。高级编程语言的编译器普遍采用了堆栈保护技术，例如缓冲区溢出发现检测、内存安全检查、代码注入检测等，这可以减少栈溢出攻击的风险。

五、结论

深入了解Linux栈溢出攻击的本质原理，可以帮助我们更好地了解其工作原理以及如何有效地进行防范。要防止栈溢出攻击，可以采用多种措施，包括数据的验证、堆栈随机化、地址随机布局以及使用高级编程语言等。但需要注意的是，安全永远不是一成不变的，需要持续保持对安全漏洞的觉察，及时采取有效的措施，为系统的安全保驾护航。

相关问题拓展阅读：

• 内核栈溢出

内核栈溢出

报地址错误应该与指针使用稿厅不正常有关系

一是使用野指针

二是重复释放已释放过的指针

三是数据溢出、越界（尤其检查字符数组，即字符串数据差枯的变化）

加一些调试语句，或采用-g编译 通虚敬洞过gdb等方法 来观察、跟踪一下运行程序吧。

你没有释放内存 最终造成内存出错

您好，很高兴为您解答。

1.进程的堆栈

内核在创建进程的时候，在创建task_struct的同事，会为进程创建相应的堆栈。每个进程会有两个栈，一个用户栈，存在于用户空间，一个内核栈，存在于内核空间。当进程在用户空间运行时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是用户堆栈地址，使用用户栈；当进程在内核空间时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是内核栈空间地址，使用内核栈。

2.进程用户栈和内核栈的切换

当进程因为中断或者系统调用而陷入内核态之行时，进程所使用的堆栈也要从用户栈转到内核栈。

进程陷入内核态后，先把用户态堆栈的地址保存在内核栈之中，然后设置堆栈指针寄存器的内容为内核栈的地址，这样就完成了用户栈向内核栈的转换；当进程从内核态恢复到用户态之行时，在内核态之行的最后将保存在内核栈里面链察的用户栈的地址恢复到堆栈指针寄存器即可。这样就实现了内核栈和用户栈的互转。

那么，我们知道从内核转到用户态时用户栈的地址是在陷入内核的时候保存在内核栈里面的，但是在陷入内核的时候，我们是如何知道内核栈的地址的呢？

关键在进程从用户态转到内核态的时候，进程的内核栈总是空的。这是因为，当棚烂茄进程在用户态运行时，使用的是用户栈，当进程陷入到内核态时，内核栈保存进程在内核态运行的相关信心，但是一旦进程返回到用户态后，内核栈中保存的信息无效，会全部恢复，因此每次进程从用户态陷入内核的时候得到的内核栈都是空的。所以在进程陷入内核的时候，直接把内核栈的栈顶地址给堆栈指针寄存器就可以了。

3.内核栈的实现

内核栈在kernel-2.4和kernel-2.6里面的实现方式是不一样的。

在kernel-2.4内核里面，内核栈的实现是：

union task_union {

struct task_struct task;

unsigned long stack;

}; 其中，init_stack_size的大小只能是8k。

内核为每个进程分配task_struct结构体的时候，实际上分配两个连续的物理页面，底部用作task_struct结构体，结构上面的用作堆栈。使用current()宏能够访问当前正在运行的进程描述符。

注意：这个时候task_struct结构是在内核栈里面的，内核栈的实际能用大小大概有7k。

内核栈在kernel-2.6里面的实现是（kernel-2.6.32）：

union thread_union {

struct thread_info thread_info；

unsigned long stack;

}; 其中thread_size的大小可以是4k，也可以是8k，thread_info占52bytes。

当内核栈为8k时，thread_info在这块内存的起始地址，内核栈从堆栈末端向下增长。所以此时，kernel-2.6中的current宏历盯是需要更改的。要通过thread_info结构体中的task_struct域来获得于thread_info相关联的task。更详细的参考相应的current宏的实现。

struct thread_info {

struct task_struct *task；

struct exec_domain *exec_domain；

__u32 flags；

__u32 status;

__u32 cpu;

… ..

}; 注意：此时的task_struct结构体已经不在内核栈空间里面了。

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