堆栈溢出

Posted 2020-08-10

1.基础知识。
　　在x86处理器中：EIP(Instruction Pointer)是指令寄存器，指向处理器下条等待执行的指令地址(代码段内的偏移量)，每次执行完相应汇编指令EIP值就会增加。

　　　　　　　　　　　ESP(Stack Pointer)是堆栈指针寄存器，存放执行函数对应栈帧的栈顶地址(也是系统栈的顶部)，且始终指向栈顶；

　　　　　　　　　　　EBP(Base Pointer)是栈帧基址指针寄存器，存放执行函数对应栈帧的栈底地址，用于C运行库访问栈中的局部变量和参数。

　　从物理上讲，堆栈是就是一段连续分配的内存空间。在一个程序中，会声明各种变量。静态全局变量是位于数据段并且在程序开始运行的时候被加载。而程序的动态的局部变量则分配在堆栈里面。

　　从操作上来讲，堆栈的生长方向与内存的生长方向正好相反。我们规定内存的生长方向为向上，则栈的生长方向为向下。压栈的操作push＝ESP－4，出栈的操作是pop=ESP+4.换句话说，堆栈中老的值，其内存地址，反而比新的值要大。这是堆栈溢出的基本理论依据。

　　在一次函数调用中，堆栈中将被依次压入：参数，返回地址，EBP。如果函数有局部变量，接下来，就在堆栈中开辟相应的空间以构造变量。函数执行结束，这些局部变量的内容将被丢失。但是不被清除。在函数返回的时候，弹出EBP，恢复堆栈到函数调用的地址,弹出返回地址到EIP以继续执行程序。

　　在C语言程序中，参数的压栈顺序是反向的。比如func（a,b,c)。在参数入栈的时候，是：先压c，再压b,最后a.在取参数的时候，由于栈的先入后出，先取栈顶的a，再取b,最后取c。 


　　2.堆栈溢出。 

　　　2.1：运行时的堆栈分配 

　　　　堆栈溢出就是不顾堆栈中分配的局部数据块大小，向该数据块写入了过多的数据，导致数据越界。结果覆盖了老的堆栈数据。 

　　　　比如有下面一段程序： 
 

1 #include <stdio.h> 
2 int main ( ) 
3 { 
4     char name[8]; 
5     printf(/"Please type your name: /"); 
6     gets(name); 
7     printf(/"Hello, %s!/", name); 
8     return 0; 
9 }

　　　　程序运行中，堆栈是怎么操作的呢？ 

　　　　在main函数开始运行的时候，堆栈里面将被依次放入返回地址，EBP。 

　　　　可以看到main函数的开头部分对应如下汇编语句： 

　　　　pushl %ebp 
　　　　movl %esp,%ebp 
　　　　subl $8,%esp 

　　　　首先他把EBP保存下来，然后EBP等于现在的ESP，这样EBP就可以用来访问本函数的局部变量。之后ESP减8，就是堆栈向上增长8个字节，用来存放name[]数组。现在堆栈的布局如下： 

　　　　内存底部 　　　　内存顶部 
　　　　　　　　name  EBP  ret 
　　　　<------ [       ][    ][    ]
　　　　栈顶部 　　　　　堆栈底部 

　　　　执行完gets(name)，最后，main返回，弹出ret里的地址，赋值给EIP，CPU继续执行EIP所指向的指令。 


　　　2.2：堆栈溢出 

　　　　我们再执行一次，输入ipxodiAAAAAAAAAAAAAAA,执行完gets（name）之后，堆栈如下： 

　　　　内存底部　　　　　　 　　  内存顶部 
　　　　　　　　 name 　　EBP 　  ret 
　　　　<------ [ipxodiAA][AAAA][AAAA].......
　　　　栈顶部　　　　　　　　　　堆栈底部 

　　　　由于我们输入的name字符串太长，name数组容纳不下，只好向内存顶部继续写‘A’。由于堆栈的生长方向与内存的生长方向相反，这些‘A’覆盖了堆栈的老的元素。 如图 我们可以发现，EBP，ret都已经被‘A’覆盖了。在main返回的时候，就会把‘AAAA’的ASCII码：0x41414141作为返回地址，CPU会试图执行0x41414141处的指令，结果出现错误。这就是一次堆栈溢出。 

3.如何利用堆栈溢出 

　　我们已经制造了一次堆栈溢出。其原理可以概括为：由于字符串处理函数（gets，strcpy等等）没有对数组越界加以监视和限制，我们利用字符数组写越界，覆盖堆栈中的老元素的值，就可以修改返回地址。 
　　在上面的例子中，这导致CPU去访问一个不存在的指令，结果出错。 
　　事实上，当堆栈溢出的时候，我们已经完全的控制了这个程序下一步的动作。如果我们用一个实际存在指令地址来覆盖这个返回地址，CPU就会转而执行我们的指令。