1. 引言
程序堆栈溢出是最常见的软件漏洞之一，也是黑客攻击中常用的手段之一。通过溢出堆栈，黑客可以控制程序的执行，甚至执行恶意代码。本文将深入浅出地介绍Linux程序堆栈溢出漏洞。
2. 什么是堆栈溢出
在理解堆栈溢出之前，我们首先需要了解栈的概念。栈是一种数据结构，用于存储函数调用时的局部变量、参数和返回地址等信息。
堆栈溢出指的是当向栈中注入的数据超过了栈的容量时，溢出的数据会覆盖掉栈上的其他数据，包括返回地址和局部变量。这样一来，攻击者就可以控制程序的执行流程，执行恶意代码或者修改关键数据。
3. 漏洞原理
漏洞的原理是由于程序对用户输入没有进行充分的检查和过滤，导致输入的数据超过了预设的边界，覆盖了栈上的其他数据。
举个例子，假设一个C语言程序如下：
void vulnerable_function(char* input) {
char buffer[10];
strcpy(buffer, input);
}
int main() {
char input[20];
fgets(input, sizeof(input), stdin);
vulnerable_function(input);
return 0;
}
在这个例子中，vulnerable_function 函数接收一个字符串作为输入，然后将其复制到一个长度为 10 的缓冲区。注意到这里没有对输入进行大小检查，如果我们输入的字符串长度超过了缓冲区的大小，就会发生堆栈溢出。
当用户输入一个长度大于 10 的字符串时，就会发生堆栈溢出。输入的字符串会覆盖掉缓冲区后面的数据，包括返回地址和其他重要的信息。
4. 溢出利用
4.1 覆盖返回地址
堆栈溢出漏洞最常见的利用方式是覆盖返回地址。返回地址指的是函数执行完后应该返回的地址，控制返回地址就可以控制程序的执行流程。
我们可以通过输入一段特制的字符串，将返回地址改写为指向恶意代码的地址，然后当函数执行完后就会跳转到指定的地址执行恶意代码。
void evil_function() {
// 执行恶意代码
}
void vulnerable_function(char* input) {
char buffer[10];
strcpy(buffer, input);
}
int main() {
char input[20];
fgets(input, sizeof(input), stdin);
vulnerable_function(input);
return 0;
}
在上面的例子中，如果我们输入的字符串长度超过 10，就会发生堆栈溢出。我们可以将返回地址改写为恶意代码的地址，从而执行我们想要的操作。
4.2 Shellcode注入
除了改写返回地址，攻击者还可以通过堆栈溢出漏洞注入Shellcode来执行任意的恶意操作。
Shellcode是一段用于利用系统漏洞或执行特定操作的机器码。通过将Shellcode注入到程序的栈上，攻击者可以取得程序的控制权。
void vulnerable_function(char* input) {
char buffer[10];
strcpy(buffer, input);
}
int main() {
char input[20];
fgets(input, sizeof(input), stdin);
vulnerable_function(input);
return 0;
}
在上面的例子中，我们可以通过堆栈溢出将Shellcode注入到缓冲区中，然后改写返回地址指向缓冲区的地址，以执行我们的Shellcode。
5. 防御措施
要保护程序不受堆栈溢出漏洞的攻击，我们需要采取一些防御措施。
5.1 边界检查
在编写程序时，务必进行边界检查，确保用户输入的大小不会超过缓冲区的大小。
void vulnerable_function(char* input) {
char buffer[10];
strncpy(buffer, input, sizeof(buffer) - 1);
buffer[sizeof(buffer) - 1] = '\0';
}
int main() {
char input[20];
fgets(input, sizeof(input), stdin);
vulnerable_function(input);
return 0;
}
在上面的例子中，我们使用 strncpy 函数替代了 strcpy 函数，并且指定了缓冲区的大小。这样可以确保输入的数据不会超过缓冲区的大小。
5.2 栈保护
现代的操作系统和编译器通常都提供了堆栈保护的机制，例如栈溢出检测和栈溢出保护。
栈溢出检测可以检测到堆栈溢出的情况并触发错误处理机制，阻止被攻击者控制程序执行流程。
栈溢出保护是一种编译器提供的机制，通过调整栈的布局，使得溢出的数据无法修改关键的数据。例如使用栈保护变量 canary，栈溢出时会破坏canary导致程序异常终止。
在使用编译器时，应该开启栈保护选项，以提高程序的安全性。
5.3 输入过滤和验证
在接收用户输入时，应该对输入进行过滤和验证，确保输入的数据是符合预期的。
例如，如果程序期望接收一个数值类型的输入，就应该验证输入的数据是否是合法的数值。
另外，还应该对特殊字符进行转义，防止注入攻击。
6. 结论
堆栈溢出漏洞是一种常见而严重的软件漏洞，对程序的安全性产生了巨大的威胁。通过了解堆栈溢出的原理和利用方式，我们可以采取相应的防御措施来保护程序。
在编写程序时，需要进行边界检查、开启栈保护和进行输入过滤和验证等防御措施，以提高程序的安全性。