What is Buffer Overflow？

當程式對一個固定大小的緩衝區進行資料寫入時，如果超過了該緩衝區的容量，那麼多出來的資料會覆蓋相鄰的記憶體區域。這些相鄰的區域可能是程式的其他變數、控制程式執行流程（如返回位址）或其他數據。當這些區域的內容被攻擊者控制後，可能會導致程式異常崩潰，或是允許攻擊者執行任意程式碼。

Buffer Overflow 的基本流程

1. 發現有漏洞的緩衝區：

   程式可能在未驗證輸入長度的情況下，將輸入數據寫入固定大小的緩衝區。攻擊者可以利用這個弱點來傳遞過多的數據。

2. 覆蓋關鍵區域：

   如果攻擊者輸入的數據超過緩衝區的大小，這些數據可能會覆蓋一些關鍵的記憶體區域，例如堆疊上的返回地址。

3. 控制流程轉向：

   如果攻擊者能夠覆蓋返回位址，則在該函數結束時，程式將跳轉到攻擊者指定的位址執行。通常，攻擊者會在輸入數據中嵌入惡意的 shellcode，並使程式跳轉到這段 shellcode 的位置。

以下是舉例程式碼

#include <stdio.h>
#include <string.h>

void vulnerable_function(char *input) {
    char buffer[50];
    strcpy(buffer, input); // 沒有檢查輸入長度
    printf("Input: %s\n", buffer);
}

int main() {
    char input[100];
    printf("Enter input: ");
    gets(input); // 使用不安全的函數
    vulnerable_function(input);
    return 0;
}

• 使用 gets() 函數，不會檢查輸入長度，容易導致溢出。
• strcpy() 也不會檢查 input 的長度，直接將輸入複製到 buffer。
  -> 攻擊者只需輸入長度超過 50 字元的資料，就能觸發緩衝區溢出，進而覆蓋 buffer 之後的記憶體區域。
  假設攻擊者了解程式的記憶體結構，並輸入了一段精心設計的數據，該數據會覆蓋返回地址，使得程式跳轉到攻擊者的 shellcode 所在位置執行。這樣一來，攻擊者就能夠獲得程式的控制權。

為了防止 Buffer Overflow，以下是幾種常見的防禦措施：

1. 使用安全的函數：

   使用 fgets（）、strncpy（）等函數來限制輸入長度，避免使用像 gets（）、strcpy（） 這類不檢查輸入長度的函數。

2. 現代編譯器和作業系統通常內建了一些安全機制來減少 Buffer Overflow 的風險，例如：

   • 堆疊金絲雀（Stack Canaries）：在返回位址前插入隨機數，若被覆蓋，程式會偵測到並崩潰。
   • DEP（Data Execution Prevention）：防止記憶體中的某些區域（如堆疊）被執行，即使攻擊者注入了惡意代碼，也無法執行。
   • ASLR（Address Space Layout Randomization）：隨機化程式的記憶體佈局，使攻擊者難以預測返回位址或 shellcode 的位置。

進入到今天的解題環節

Lab_1 - buffer overflow 0

先觀察題目附上的程式碼片段，可以發現 buf1 的大小雖然可接受 100，但進到 vuln() 後 buf2 的大小只有 16，所以只要輸入超過就會發生溢位問題。

void sigsegv_handler(int sig) {
  printf("%s\n", flag);
  fflush(stdout);
  exit(1);
}

void vuln(char *input){
  char buf2[16];
  strcpy(buf2, input);
}
// ......  中略

int main(int argc, char **argv){

  fgets(flag,FLAGSIZE_MAX,f);
  signal(SIGSEGV, sigsegv_handler); // Set up signal handler
  
  har buf1[100];
  gets(buf1); 
  vuln(buf1);
  

於是我們使用 nc 指令進入題目後，輸入 111111111122222222223333 的字串後成功拿到 flag。第 17~20 個字元需要覆蓋掉一些控制資料，所以輸入大於等於 20 的長度才能成功。

練習就到這邊，以下是參考資料，請搭配服用：

Buffer Overflow
buffer overflow 是什麼？
緩衝區溢位攻擊之一(Buffer Overflow)

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