深度解析Linux经典栈溢出攻击方式(linux经典栈溢出)

栈（Stack）是计算机内存中的一种数据结构，用于保存函数调用中的参数和局部变量等信息。但是，栈在实现过程中存在缺陷，即栈溢出（Stack Overflow），也就是在栈空间中写入超过其分配空间的数据。攻击者可以利用这个漏洞实现栈溢出攻击。而Linux系统是这类栈溢出攻击的主要受害者，因此本文将深入探讨Linux经典栈溢出攻击的实现原理和防范方法。

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一、栈溢出攻击原理

我们需要了解一些基础概念。

1.1 调用栈

当一个函数被调用时，它的程序参数存储在栈中的一部分内存中，同时在栈的顶部存储了该函数的返回地址，也就是说当该函数执行完毕之后会返回到该地址处继续执行。调用栈是这样的一个数据结构，调用函数时使用，当函数返回时撤销之前的函数调用。

1.2 栈溢出

当向一个缓冲区写入超过其本身容量的数据时，数据就会覆盖那个缓冲区后面的内存地址。如果这个被写入的位置正好是调用栈元素的位置，那么就会覆盖这个调用栈上的栈帧（Stack Frame）中的数据，同时也会覆盖存储在栈中的返回地址。由此，攻击者就可以在函数返回时跳转到自己编写的代码中去执行，从而完全控制程序的执行流程。

一旦攻击者控制了程序的执行流程，他就可以做任何事情，例如启动后门程序、读取机密文件、改变环境变量、执行任意代码等等。由于栈溢出是一种常见的漏洞类型，恶意攻击者利用栈溢出攻击常常能够成功。

1.3 栈溢出攻击的实现方式

基本原理已经解释清楚了，攻击者实现这么一个栈溢出攻击的方法通常有两种：

1.3.1 覆盖函数返回地址

攻击者通过覆盖栈上的返回地址，使得当前函数执行完成时会跳转到攻击者编写的代码处继续执行。这个方法实现起来比较简单，只要知道栈帧的大小，计算出攻击者的代码地址就可以，因为跳转地址就是覆盖掉的返回地址。

1.3.2 利用shellcode

Shellcode可以看作是一段正常的程序，但是它的目标是执行攻击者想要的命令。攻击者可以在栈溢出时把shellcode放入到栈缓冲区中，然后同时覆盖掉返回地址，这样函数执行完毕时就会跳转到这个shellcode执行攻击者编写的程序，这种方式在绕过程序栈非执行区域的保护措施上比较有用。

二、Linux下的栈溢出攻击

Linux系统是一种受到极大威胁的操作系统。因此，对于Linux下的栈溢出攻击，我们需要重点关注以下几点。

2.1 编译器优化引起的问题

Ubuntu发行版下，gcc 5 开始默认启用了栈保护技术，即在栈上加入了一段特定的随机值作为stack canary，用于在函数返回时防止栈被破坏，这样就可以一定程度上防止栈溢出攻击。当栈被修改时，会触发 stack canary 检查，导致程序异常终止。

但是，在编写某些特定类型程序时，利用未经验证的用户输入，或者字符串格式化等可疑操作时，这种技术可能未能及时发现栈溢出攻击，同时这种技术对程序带来的额外负荷也是不能忽略的。

2.2 代码注入

代码注入通常是通过覆盖函数栈帧返回地址的方法实现的。在覆盖函数返回地址时，攻击者可以将指向攻击者编写的恶意代码的地址写入该位置。当缓冲区溢出时，程序就会跳转到恶意代码，并执行该代码。这种攻击方法几乎可以越过任何内存保护，从而成为Linux系统下更受欢迎的攻击类型之一。

2.3 思考：是否需要编写地址

上文提到的栈溢出攻击，常常需要覆盖函数栈帧中的返回地址，其中最重要的是攻击者需要知道攻击代码的地址。另外一种思路是直接使用已经存在的函数的地址（终止器函数）将代码放入堆栈上，从而在下次调用时执行该代码。这种方法不需要知道恶意代码的地址，因此会比较高效。这种方法跟之前的方法一样，同时也是比较受欢迎的栈溢出攻击方式，特别是在堆栈上跳转到快速终止器函数调用的时候。

三、防范栈溢出攻击的方法

3.1 栈保护技术

很多操作系统现在都提供了一种在栈中加入 stack canary 的保护机制。这种机制会在栈中添加一个随机数，随机数的值只有在函数返回时才能计算出来。这个随机数会被保存在一次返回的信息中，因此，如果在返回时该值被修改了，那么程序就会中断执行，从而避免了栈溢出攻击的发生。

3.2 编译器选项

编译器有一些选项可以使得栈更安全，比如可以让编译器自动寻找可疑的缓冲区、强制编译器检测函数调用的大小。

3.3 堆栈空间初始化

很多攻击者利用指针未被初始化的漏洞来实现栈溢出攻击，因此，适当的初始化变量非常有必要。在一些高级语言中则更为自动化，例如 Java、Python、C# 等高级语言会将变量自动置为 null 或 0。

3.4 输入验证

正常的输入应该被验证其完整性和大小，并且需要确保不会造成过度的数据输入。同时，输入验证还可以保证程序在运行期间不会出现意外溢出。

3.5 限制系统权限

操作系统不需要 root 权限就可以对程序进行控制和执行，因此操作系统对程序所属的用户、资源的权限等方面的控制也是很重要的。

对于栈溢出攻击方面，Linux系统并没有真正解决这个问题，因此，良好的程序设计、开发和实施安全措施是保护 Linux 系统的更佳方法。希望今天的文章能够为大家了解 Linux 系统栈溢出攻击提供一些参考，同时也帮助大家更好地应对这种致命漏洞。

相关问题拓展阅读：

• linux系统中线程同步实现机制有哪些
• Linux 进程栈和线程栈的区别
• 请问 怎样分别查看windows系统与Linux系统的栈空间大小？

linux系统中线程同步实现机制有哪些

LinuxThread的线程机制

LinuxThreads是目前Linux平台上使用最为广泛的线程库，由Xavier Leroy () 负责开发完成，并已绑定在GLIBC中发行。它所实现的就是基于核心轻量级进程的”一对一”线程模型，一个线程实体对应一个核心轻量级进程，而线程之间的 管理在核外函数库中实现。

1.线程描述数据结构及实现限制

LinuxThreads定义了一个struct _pthread_descr_struct数据结构来描述线程，并使用全局数组变量 __pthread_handles来描晌胡基述和引用进程所辖线程。在__pthread_handles中的前两项，LinuxThreads定义了两个全 局的系统线程：__pthread_initial_thread和__pthread_manager_thread，并用 __pthread_main_thread表征__pthread_manager_thread的父线程（初始为 __pthread_initial_thread）。

struct _pthread_descr_struct是一个双环链表结构，__pthread_manager_thread所在的链表仅包括它 一个元素，实际上，__pthread_manager_thread是一个特殊线程，LinuxThreads仅使用了其中的errno、p_pid、 p_priority等三个域。而__pthread_main_thread所在的链则将进程中所有用户线程串在了一起。经过一系列 pthread_create()之后形成的__pthread_handles数组将如下图所示：

图2 __pthread_handles数组结构

新创建的线程将首先在__pthread_handles数组中占据一项，然后通过数据结构中的链指针连入以__pthread_main_thread为首指针的链表中。这个链表的使用在介绍线程的创建和释放的时候将提到。

LinuxThreads遵循POSIX1003.1c标准，其中对线程库的实现进行了一些范围限制，比如进程更大线程数，线程私有数据区大小等等。在 LinuxThreads的实现中，基本遵循这些限制，但也进行了一定的改动，改动的趋势是放松或者说扩大这些限制，使编程更加方便。这些限定宏主要集中 在sysdeps/unix/sysv/linux/bits/local_lim.h（不同平台使用的文件位置不同）中，包括如下几个：

每进程的私有数据key数，POSIX定义_POSIX_THREAD_KEYS_MAX为128，LinuxThreads使用 PTHREAD_KEYS_MAX，1024；私有数据释放时允许执行的操作数，LinuxThreads与POSIX一致，定义 PTHREAD_DESTRUCTOR_ITERATIONS为4；每进程的线程数，POSIX定义为64，LinuxThreads增大到1024 （PTHREAD_THREADS_MAX）；线程运行栈最小空间大小，POSIX未指定，LinuxThreads使用 PTHREAD_STACK_MIN，16384（字节）。

2.管理线程

“一对一”模型的好处之一是线程的调度由核心完成了，而其他诸如线程取消、线程间的同步等工作，宴谨都是在核外线程库中完成的。在LinuxThreads 中，专门为每一个进程构造了一个管理线程，负责处理线程相关的管理工作。当进程之一次调用pthread_create()创建一个线程的时候就会创建 （__clone()）并启动管理线程。

在一个进程空间内，管理线程与其他线程之间通过一对”管理管道（manager_pipe）”来通讯，该管道在创建管理线程之前创建，在成功启动 了管理线程之后，管理管道的读端和写端分别做姿赋给两个全局变量__pthread_manager_reader和 __pthread_manager_request，之后，每个用户线程都通过__pthread_manager_request向管理线程发请求， 但管理线程本身并没有直接使用__pthread_manager_reader，管道的读端（manager_pipe）是作为__clone ()的参数之一传给管理线程的，管理线程的工作主要就是监听管道读端，并对从中取出的请求作出反应。

创建管理线程的流程如下所示：

（全局变量pthread_manager_request初值为-1）

图3 创建管理线程的流程

初始化结束后，在__pthread_manager_thread中记录了轻量级进程号以及核外分配和管理的线程id， 2*PTHREAD_THREADS_MAX+1这个数值不会与任何常规用户线程id冲突。管理线程作为pthread_create()的调用者线程的 子线程运行，而pthread_create()所创建的那个用户线程则是由管理线程来调用clone()创建，因此实际上是管理线程的子线程。（此处子 线程的概念应该当作子进程来理解。）

__pthread_manager()就是管理线程的主循环所在，在进行一系列初始化工作后，进入while(1)循环。在循环中，线程以2秒为 timeout查询（__poll()）管理管道的读端。在处理请求前，检查其父线程（也就是创建manager的主线程）是否已退出，如果已退出就退出 整个进程。如果有退出的子线程需要清理，则调用pthread_reap_children()清理。

然后才是读取管道中的请求，根据请求类型执行相应操作（switch-case）。具体的请求处理，源码中比较清楚，这里就不赘述了。

3.线程栈

在LinuxThreads中，管理线程的栈和用户线程的栈是分离的，管理线程在进程堆中通过malloc()分配一个THREAD_MANAGER_STACK_SIZE字节的区域作为自己的运行栈。

用户线程的栈分配办法随着体系结构的不同而不同，主要根据两个宏定义来区分，一个是NEED_SEPARATE_REGISTER_STACK，这个属 性仅在IA64平台上使用；另一个是FLOATING_STACK宏，在i386等少数平台上使用，此时用户线程栈由系统决定具置并提供保护。与此同 时，用户还可以通过线程属性结构来指定使用用户自定义的栈。因篇幅所限，这里只能分析i386平台所使用的两种栈组织方式：FLOATING_STACK 方式和用户自定义方式。

在FLOATING_STACK方式下，LinuxThreads利用mmap()从内核空间中分配8MB空间（i386系统缺省的更大栈空间大小，如 果有运行限制（rlimit），则按照运行限制设置），使用mprotect()设置其中之一页为非访问区。该8M空间的功能分配如下图：

图4 栈结构示意

低地址被保护的页面用来监测栈溢出。

对于用户指定的栈，在按照指针对界后，设置线程栈顶，并计算出栈底，不做保护，正确性由用户自己保证。

不论哪种组织方式，线程描述结构总是位于栈顶紧邻堆栈的位置。

4.线程id和进程id

Linux 进程栈和线程栈的区别

进程好比公交车，线程好比公交车上的人。。 一个进程可以包含多个线程，颂差当然也可以只有一个磨消线程，野游皮就是司机。。线程是任务调度单位，因为这更方便。进程 更多的是提供资源，比如进程的地址空间，所有的线程都运行在该 进程的地址空间里

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地狱的烈火

发布时间: 2023/05/25 01:10

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注：本文所涉及的环境为Linux， 下文讨论的栈跟内核栈，没有任何的关系，关于内核栈，请参考《深入Linux内核架构前悄》中的2.4.1 进程复制

这顷信里有如下几个问题，线程栈的空间是开辟在那里的？ 线程栈之间可以互访吗？为什么在使用pthread_attr_setstack函数时，需要设置栈的大小，而进程task_struct的 mm_struct *mm 成员中却并没有却并没有stack_size这个成员项，怎么保存的栈大小呢？

进程栈：

进程用户空间的管理在task_struct 的mm_struct *mm成员中体现， mm中的成员定义了用户空间的布局情况如图一。 用户空间的栈起始于STACK_TOP， 如果设置了PF_RANDOMIZE，则起始点会减少一个小的随机量，每个体系结构都必须定义STACK_TOP, 大多数都设置为TASK_SIZE, 在32位机上该值为0XC。经过随机处理后，进程栈的起始地址将存放在mm->start_stack中，可以通过cat /proc/xxx/stat 查看慧乎渣。

如图一，栈从上而下扩展，而用于内存映射的区域起始于mm->mmap_base, mm->mmap_base通过调用mmap_base函数来初始化，为了确保栈不与mmap区域不发生冲突，两者之间设置了一个安全间隙。mmap_base函数源代码如下：

#define MIN_GAP (128*1024*1024)

#define MAX_GAP (TASK_SIZE/6*5)

static inline unsigned long mmap_base(struct mm_struct *mm)

{

unsigned long gap = current->signal->rlim.rlim_cur; // rlim_cur 默认为，及8M， 可以使用 getrlimit(RLIMIT_STACK, &limit) 查看

unsigned long random_factor = 0;

if (current->flags & PF_RANDOMIZE)

random_factor = get_random_int() % (1024*1024);

if (gap MAX_GAP) // 栈的更大空间为TASK_SIZE/6*5, 及2.5G

gap = MAX_GAP;

return PAGE_ALIGN(TASK_SIZE – gap – random_factor); // 通过保留random_factor空间大小的间隙来防止栈溢出

}

图 一 IA-32计算机上虚拟地址空间的布局

线程栈：

线程包含了表示进程内执行环境必需的信息，其中包括进程中标示线程的线程ID，一组寄存器值，栈，调度优先级和策略， 信号屏蔽字，errno变量以及线程私有数据。进程的所有信息对该进程的所有线程都是共享的，包括可执行的程序文本，程序的全局内存和堆内存，栈以及文件描述符，所以线程的mm_struct *mm指针变量和所属进程的mm指针变量相同。

在创建线程的时候，可以通过pthread_attr_t来初始化线程的属性，包括线程的栈布局信息，如栈起始地址stackaddr, 栈大小stacksize。 具体需要通过方法

int pthread_attr_setstack(pthread_attr_t *attr, void *stackaddr, size_t stacksize);

// 注：stackaddr 指向为该线程开辟的空间，该空间可以使用malloc或者mmap来开辟，而不能来自进程的栈区。开辟的stackaddr所指向的动态空间需要自己负责释放。

当然也可将线程栈的空间管理交给系统，如果想改变系统默认的栈大小8MB，可以通过

int pthread_attr_setstacksize(pthread_attr_t *attr, size_t stacksize);

// 注：stacksize最小值为16384，单位为字节

由上面的API接口，可以得到，线程栈的stacksize是保存在pthread_attr_t中的，可以通过人为的指定，也可以通过在创建线程的时候读取系统的配置文件来初始化stacksize，当初始化完栈的起始地址，和大小后，便可以通过

int pthread_attr_setguardsize(pthread_attr_t *attr, size_t guardsize);

来初始化线程栈末尾之后用以避免栈溢出的缓冲区的大小，如果应用程序溢出到此缓冲区中，这个错误可能会导致 SIGSEGV 信号被发送给该线程, 从而造成段错误，缓冲区默认设置为PAGESIZE个字节。因为线程的mm->start_stack和所属进程相同，所以线程栈的起始地址并没有存放在task_struct中，应该只是使用attr中的stackaddr，来初始化task_struct->thread-> sp（sp指向struct pt_regs对象，该结构体用于保存用户进程或者线程的寄存器现场）。

请问 怎样分别查看windows系统与Linux系统的栈空间大小？

linux和windows下同样的文件或文件夹的大小有什么区别1.window下文件夹不算大小，linux下文件夹要算大小2.两个系统下的文件系统可能不一样，不同的文件系统，blocksize可能不一样。blocksize不一样，文件占用的磁盘空间可能就不一样。不同操作系统下查看blocksize的命令：AIX：lsfs -q /u01 Windows：fsutil fsinfo ntfsinfo c:linux：tune2fs -l /dev/sda1 3.window和弊衡linux下，文本文件租颂做的换行符不同，windows下是/n/r，linux下是/n。当使用FTP传输文本文件时，默认会进行换行符的转换，造成传输前后文件大小不一致。4.要确认看到的文件大小是指文件本身的樱数大小，还是文件占用的磁盘空间的大小，两者概念不同。

linux 下：

终端输入命令：ulimit -a

这一行就是，大概8M：stack size(kbytes, -s) 8192

windows下：

好像没正衡有命令可以查看，但是可以通过递归调用函数，使其首清源溢出来查看栈者态大小：

#include

void fun()

{

int a;

printf(“%p\n”,&a);

fun();

}

int main(void)

{

fun();

return 0;

}

首先，在fun()函数中的fun();处，打个断点，得到a的

然后，去掉断点，运行，直到栈溢出，致使程序崩溃，得到最后一个a的

两个地址相减，即为栈的大小：约为 ：1M

linux 经典栈溢出的介绍就聊到这里吧，感谢你花时间阅读本站内容，更多关于linux 经典栈溢出,深度解析Linux经典栈溢出攻击方式,linux系统中线程同步实现机制有哪些,Linux 进程栈和线程栈的区别,请问 怎样分别查看windows系统与Linux系统的栈空间大小？的信息别忘了在本站进行查找喔。

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