缓冲区溢出攻击原理分析

编程汇总 • 2025-04-19 12:33 • 阅读 73

《缓冲区溢出攻击实践》以实践者角度介绍了初级缓冲区溢出攻击方法，本文从原理上对该方法做原理性介绍。

函数帧结构

现在高级语言C（或者C++)，在函数开头的几指令要建立好函数帧结构，而函数返回时要撤消函数帧。当前在不同的CPU体系加构或者ABI标准，这些函数帧结构有一些差别，但原理上是相通的。

我们还是以之前的示例代码作为分析对象，讨论在fread函数填数据到buf变量前的栈结构。

下面是机器上对stack1程序 main函数反编译的结果：

(gdb) disassemble main

Dump of assembler code for function main:

   0x08048484 <+0>:     push   %ebp

   0x08048485 <+1>:     mov    %esp,%ebp

   0x08048487 <+3>:     and    $0xfffffff0,%esp

   0x0804848a <+6>:     sub    $0x40,%esp

   0x0804848d <+9>:     mov    $0x80485e0,%edx

   0x08048492 <+14>:    mov    $0x80485e2,%eax

   0x08048497 <+19>:    mov    %edx,0x4(%esp)

   0x0804849b <+23>:    mov    %eax,(%esp)

   0x0804849e <+26>:    call   0x80483c0 

   0x080484a3 <+31>:    mov    %eax,0x3c(%esp)

   0x080484a7 <+35>:    cmpl   $0x0,0x3c(%esp)

   0x080484ac <+40>:    jne    0x80484c1 

   0x080484ae <+42>:    movl   $0x80485ea,(%esp)

   0x080484b5 <+49>:    call   0x8048380 

   0x080484ba <+54>:    mov    $0x1,%eax

   0x080484bf <+59>:    jmp    0x80484ff 

   0x080484c1 <+61>:    lea    0x1c(%esp),%eax

   0x080484c5 <+65>:    mov    0x3c(%esp),%edx

   0x080484c9 <+69>:    mov    %edx,0xc(%esp)

   0x080484cd <+73>:    movl   $0x1,0x8(%esp)

   0x080484d5 <+81>:    movl   $0x400,0x4(%esp)

   0x080484dd <+89>:    mov    %eax,(%esp)

   0x080484e0 <+92>:    call   0x8048390 

   0x080484e5 <+97>:    mov    $0x80485f0,%eax

   0x080484ea <+102>:   lea    0x1c(%esp),%edx

   0x080484ee <+106>:   mov    %edx,0x4(%esp)

   0x080484f2 <+110>:   mov    %eax,(%esp)

   0x080484f5 <+113>:   call   0x8048370 

   0x080484fa <+118>:   mov    $0x0,%eax

   0x080484ff <+123>:   leave

   0x08048500 <+124>:   ret

End of assembler dump.

在函数体里面最先执行的几条指令，通常称为
function prologue
，它完成建立函数帧的功能。

0x08048484 <+0> push %ebp

0x08048485 <+1> mov %esp,%ebp

0x08048487 <+3> and $0xfffffff0,%esp

0x0804848a <+6> sub $0x40,%esp

它的功能是：先将调用者的ebp压到栈上，然后将此时的esp作为被调用者的ebp(栈顶），然后根据函数局部变量的大小，将esp将压地址扩展，作为被调用者的esp(栈底）；这样ebp和esp这对寄存器描述的栈空间就函数帧的空间。

在函数返回时，它总执行以下两条指令，通常称为
function epilogue

0x080484ff <+123> leave

0x08048500 <+124> ret

它的功能是：先将当前函数的ebp赋给esp，然后再从栈中弹出(pop)调用者的ebp值到ebp寄存器，然后再从栈中弹出EIP值到pc寄存器。指令执行完后，ebp和esp就是父函数的函数帧。

示例程序的栈帧结构

根据上面stack1中main的反编译结果，画出如图1的栈结构：

图1: fread函数调用函数，栈帧结构图

这里重点关注一下buf变量在栈中的位置，当buf变量发生溢出时，就会往高地址空间覆盖。先是覆盖main函数的其它局部变量（图1没有画出来），然后是父函数的ebp，再次重点是eip，最后是父函数的栈空间。我们不关心覆盖父函数的栈空间，因为我们根本不打算返回父函数执行。

缓冲区溢出后栈内容

当前fread从bad.txt读取文件内容到buf缓冲区并发生溢出后，整个栈空间内容如图2所示：

图2：fread从bad.txt文件读取数据产生溢出后的栈数据

当函数返回时，ret指令将0xffffd710弹给pc寄存，就开始执行shellcode了。

小结

本文以示例程序为蓝本，分析程序的栈帧结构，以及攻击方法如何利用该结构控制EIP，改变程序执行流程，从而让程序掉到shellcode的坑里面。

缓冲区溢出攻击原理分析

函数帧结构

示例程序的栈帧结构

缓冲区溢出后栈内容

小结

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