تجاوز سعة مخزن البيانات

في البرمجيات، يحدث تجاوز سعة مخزن المكدس عندما يكتب البرنامج إلى عنوان ذاكرة في مكدس استدعاءات البرنامج خارج بنية البيانات المقصودة، والتي عادةً ما تكون مخزنًا مؤقتًا ثابت الطول . ^{[ 1 ] [ 2 ]} تحدث أخطاء تجاوز سعة مخزن المكدس عندما يكتب البرنامج بيانات إلى مخزن مؤقت موجود في المكدس أكثر مما هو مخصص له فعليًا. يؤدي هذا دائمًا تقريبًا إلى تلف البيانات المجاورة في المكدس، وفي الحالات التي يحدث فيها التجاوز عن طريق الخطأ، غالبًا ما يتسبب في تعطل البرنامج أو عمله بشكل غير صحيح. يُعد تجاوز سعة مخزن المكدس نوعًا من أنواع أعطال البرمجة الأكثر عمومية المعروفة باسم تجاوز سعة المخزن المؤقت . ^{[ 1 ]} من المرجح أن يؤدي ملء مخزن مؤقت في المكدس إلى تعطيل تنفيذ البرنامج أكثر من ملء مخزن مؤقت في الكومة، لأن المكدس يحتوي على عناوين الإرجاع لجميع استدعاءات الدوال النشطة.

يمكن إحداث تجاوز سعة مخزن البيانات بشكل متعمد كجزء من هجوم يُعرف باسماختراق مكدس الذاكرة . إذا كان البرنامج المتأثر يعمل بصلاحيات خاصة، أو يستقبل بيانات من مضيفين شبكيين غير موثوق بهم (مثلخادم ويبثغرة أمنيةمحتملة. إذا امتلأ مخزن مكدس الذاكرة ببيانات من مستخدم غير موثوق به، فبإمكان هذا المستخدم إتلاف المكدس بطريقة تسمح بحقن شيفرة تنفيذية في البرنامج قيد التشغيل والسيطرة على العملية. تُعد هذه إحدى أقدم الطرق وأكثرها موثوقيةللمهاجمينللوصول غير المصرح به إلى جهاز كمبيوتر. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

تتمثل الطريقة الشائعة لاستغلال ثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت في المكدس في استبدال عنوان إرجاع الدالة بمؤشر إلى بيانات يتحكم بها المهاجم (عادةً ما تكون موجودة على المكدس نفسه). ^{[ 3 ] [ 6 ]} ويوضح strcpy()المثال التالي ذلك:

#include <string.h>void foo ( char * bar ) { char c [ 12 ];strcpy ( c , bar ); // لا يوجد فحص للحدود }int main ( int argc , char * argv []) { foo ( argv [ 1 ]); return 0 ; }

يأخذ هذا الكود وسيطًا من سطر الأوامر وينسخه إلى متغير محلي في المكدس c. يعمل هذا بشكل صحيح مع وسائط سطر الأوامر التي يقل طولها عن 12 حرفًا (كما هو موضح في الشكل ب أدناه). أي وسيط يزيد طوله عن 11 حرفًا سيؤدي إلى تلف المكدس. (الحد الأقصى لعدد الأحرف الآمن هو أقل بواحد من حجم المخزن المؤقت هنا، لأنه في لغة البرمجة C، تُنهى السلاسل النصية بحرف بايت فارغ. وبالتالي، يتطلب إدخال مكون من 12 حرفًا 13 بايتًا للتخزين، حيث يُخزن الإدخال متبوعًا بالبايت الصفري. ثم يقوم البايت الصفري بالكتابة فوق موقع ذاكرة يقع على بُعد بايت واحد بعد نهاية المخزن المؤقت.)

يتم تجميع البرنامج foo()مع مدخلات متنوعة:

في الشكل (ج) أعلاه، عند إدخال وسيطة أكبر من 11 بايت في سطر الأوامر، foo()يتم استبدال بيانات المكدس المحلي، ومؤشر الإطار المحفوظ، والأهم من ذلك، عنوان الإرجاع. عند foo()انتهاء العملية، يتم سحب عنوان الإرجاع من المكدس والانتقال إليه (أي بدء تنفيذ التعليمات من ذلك العنوان). وبالتالي، يكون المهاجم قد استبدل عنوان الإرجاع بمؤشر إلى مخزن المكدس المؤقت char c[12]، الذي يحتوي الآن على البيانات التي أدخلها المهاجم. في حالة استغلال ثغرة تجاوز سعة مخزن المكدس المؤقت، ستكون سلسلة الأحرف "A" عبارة عن شفرة برمجية مناسبة للنظام الأساسي والوظيفة المطلوبة. إذا كان لهذا البرنامج امتيازات خاصة (مثل تفعيل بت SUID للتشغيل كمستخدم فائق )، فيمكن للمهاجم استغلال هذه الثغرة للحصول على امتيازات المستخدم الفائق على الجهاز المتأثر. ^{[ 3 ]}

يمكن للمهاجم أيضًا تعديل قيم المتغيرات الداخلية لاستغلال بعض الثغرات. على سبيل المثال:

#include <stdio.h> #include <string.h>void foo ( char * bar ) { float myFloat = 10.5 ; // Addr = 0x0023FF4C char c [ 28 ]; // Addr = 0x0023FF30// سيتم طباعة 10.500000 printf ( "myFloat value = %f \n " , myFloat );/* ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  خريطة الذاكرة:  @: الذاكرة المخصصة لـ c  #: الذاكرة المخصصة لـ myFloat *c *myFloat  0x0023FF30 0x0023FF4C  | |  @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@#####  foo("السلسلة النصية طويلة جدًا !!!!! XXXXX"); ستقوم دالة memcpy بوضع القيمة  0x1010C042 (ترتيب البايتات الصغير) في قيمة myFloat.memcpy ( c , bar , strlen ( bar )); // لا يوجد فحص للحدود...// سيتم طباعة 96.031372 printf ( "myFloat value = %f \n " , myFloat ); }int main ( int argc , char * argv []) { foo ( "سلسلة نصية طويلة جدًا !!!!! \x10\x10\xc0\x42 " ); return 0 ; }

تُستخدم عادةً طريقتان لتغيير العنوان المخزن في مكدس الذاكرة: الطريقة المباشرة والطريقة غير المباشرة. وقد بدأ المهاجمون بتطوير هجمات غير مباشرة، ذات تبعيات أقل، لتجاوز إجراءات الحماية التي وُضعت للحد من الهجمات المباشرة. ^{[ 7 ]}

تختلف العديد من المنصات اختلافًا طفيفًا في تنفيذها لمكدس الاستدعاءات، مما قد يؤثر على كيفية عمل استغلال ثغرة تجاوز سعة مخزن المكدس. تخزن بعض بنى الأجهزة عنوان الإرجاع الرئيسي لمكدس الاستدعاءات في سجل. هذا يعني أن أي عنوان إرجاع يتم استبداله لن يُستخدم إلا عند فك مكدس الاستدعاءات لاحقًا. مثال آخر على التفاصيل الخاصة بالجهاز والتي قد تؤثر على اختيار أساليب الاستغلال هو أن معظم بنى أجهزة RISC لا تسمح بالوصول غير المُحاذي إلى الذاكرة. ^{[ 8 ]} بالإضافة إلى الطول الثابت لرموز العمليات في الجهاز، قد يجعل هذا القيد من الجهاز تقنية القفز إلى المكدس شبه مستحيلة التنفيذ (باستثناء حالة واحدة، وهي عندما يحتوي البرنامج بالفعل على رمز غير محتمل للقفز صراحةً إلى سجل المكدس). ^{[ 9 ] [ 10 ]}

على مر السنين، تم تطوير عدد من مخططات سلامة تدفق التحكم لمنع استغلال ثغرات تجاوز سعة المخزن المؤقت في المكدس. ويمكن تصنيف هذه المخططات عادةً إلى ثلاث فئات:

• اكتشف حدوث تجاوز في سعة المخزن المؤقت للمكدس، وبالتالي امنع إعادة توجيه مؤشر التعليمات إلى التعليمات البرمجية الضارة.
• منع تنفيذ التعليمات البرمجية الخبيثة من المكدس دون اكتشاف تجاوز سعة المخزن المؤقت للمكدس بشكل مباشر.
• قم بتوزيع مساحة الذاكرة بشكل عشوائي بحيث يصبح العثور على التعليمات البرمجية القابلة للتنفيذ أمراً غير موثوق به.

• انتشرت دودة موريس في عام 1988 جزئياً عن طريق استغلال ثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت في خادم بصمة الإصبع في نظام يونكس . ^{[ 20 ]}
• انتشرت دودة سلامر في عام 2003 عن طريق استغلال ثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت في خادم SQL الخاص بمايكروسوفت . ^{[ 21 ]}
• انتشرت دودة بلاستر في عام 2003 عن طريق استغلال ثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت في خدمة مايكروسوفت DCOM .
• انتشرت دودة Witty في عام 2004 عن طريق استغلال ثغرة تجاوز سعة المخزن المؤقت في برنامج BlackICE Desktop Agent التابع لأنظمة أمن الإنترنت . ^{[ 22 ]}
• هناك مثالان على سماح جهاز Wii بتشغيل أي كود برمجي على نظام غير مُعدّل. الأول هو "اختراق توايلايت" الذي يتضمن إعطاء اسم طويل لحصان الشخصية الرئيسية في لعبة The Legend of Zelda: Twilight Princess ، ^{[ 23 ]} والثاني هو "Smash Stack" في لعبة Super Smash Bros. Brawl الذي يتضمن استخدام بطاقة SD لتحميل ملف مُعدّ خصيصًا في مُحرّر المستويات داخل اللعبة. مع أن كلا الطريقتين تُتيحان تشغيل أي كود برمجي، إلا أن الأخيرة تُستخدم غالبًا لإعادة تحميل لعبة Brawl نفسها مع تطبيق التعديلات . ^{[ 24 ]}

• الجرائم الإلكترونية
• إكسيك شيلد
• تجاوز سعة الذاكرة المخصصة
• تجاوز سعة عدد صحيح
• بت NX – بت عدم التنفيذ لمناطق الذاكرة
• لينكس المعزز أمنياً
• تجاوز سعة المكدس - عندما يتجاوز المكدس نفسه سعة الذاكرة
• مخالفة تخزين