Buffer overflow: differenze tra le versioni

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{{Nota disambigua|il buffer overflow legato alle telecomunicazioni|Buffer overflow (telecomunicazioni)}}

[[File:Buffer overflow basicexample.svg|alt=Esempio di buffer overflow|miniatura|Esempio di buffer overflow|300x300px]]

'''Buffer overflow''' (o '''buffer overrun'''), in [[informatica]], è una condizione di errore che si verifica a [[runtime]] quando in un [[buffer]] di una data dimensione vengono scritti dati di dimensioni maggiori.

== Storia ==

I buffer overflowsoverflow divennero noti e furono parzialmente documentati al pubblico già nel 1972, quando il Computer Security Technology Planning Study individuò un exploit capace di sfruttare la vulnerabilità: "The code performing this function does not check the source and destination addresses properly, permitting portions of the monitor to be overlaid by the user. This can be used to inject code into the monitor that will permit the user to seize control of the machine.", dove per ''monitor'' si intendeva quello che oggi è il [[kernel]].<ref>{{Cita web|url=http://csrc.nist.gov/publications/history/ande72.pdf|titolo="Computer Security Technology Planning Study" - Pag. 61|accesso=5 settembre 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20110721060319/http://csrc.nist.gov/publications/history/ande72.pdf|dataarchivio=21 luglio 2011|urlmorto=sì}}</ref>

Il primo clamoroso esempio di attacco basato su buffer overflow fu il [[Morris worm|Morris Worm]] (noto anche come Internet Worm), che nel 1988 portò al crash di più di 6.000 sistemi connessi a Internet in poche ore, sfruttando il buffer overflow nel processo demone ''finger'' di UNIX per propagare attraverso la rete.<ref>{{Cita web|url=https://www.sans.org/reading-room/whitepapers/securecode/buffer-overflow-attack-mechanism-method-prevention-386|titolo=Inside the Buffer Overflow Attack:Mechanism, Method, & Prevention}}</ref>

Più tardi, nel 1995, Thomas Lopatic pubblicò sulla [[mailing list]] di Bugtraq un exploit basato sullo stack smashing nel web server NCSA HTTPD su sistema operativo [[HP-UX]], e un anno dopo, nel 1996, Elias Levy (anche noto come Aleph One) pubblicò un articolo intitolato "Smashing the Stack for Fun and Profit" sull'''ezine'' [[Phrack]], una guida step-by-step alle tecniche di exploiting degli stack buffer overflows.<ref>{{Cita web|url=https://rdist.root.org/2010/05/03/why-buffer-overflow-exploitation-took-so-long-to-mature/|titolo=Why buffer overflow exploitation took so long to mature|sito=rdist|data=3 maggio 2010|accesso=5 settembre 2016}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://seclists.org/bugtraq/1995/Feb/109|titolo=Bugtraq: Vulnerability in NCSA HTTPD 1.3|cognome=Lopatic|nome=Thomas|sito=seclists.org|accesso=5 settembre 2016}}</ref>

In seguito i buffer overflowsoverflow furono sfruttati da due importanti ''internet wormsworm'': nel 2001 il [[Code Red (malware)|Code Red worm]], che sfruttava il buffer overflow nei server [[Internet Information Services|Microsoft Internet Information Services]] (IIS) 5.0<ref>{{Cita web|url=https://www.sans.org/reading-room/whitepapers/malicious/code-red-worm-45|titolo=What is Code Red Worm?}}</ref>, e nel 2003 l'[[SQL Slammer]] worm, che compromise le macchine che eseguivano [[Microsoft SQL Server|Microsoft SQL Server 2000]].<ref>{{Cita web|url=http://pen-testing.sans.org/resources/papers/gcih/sql-slammer-worm-101033|titolo=SQL Slammer worm|accesso=5 settembre 2016|dataarchivio=13 settembre 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160913082805/http://pen-testing.sans.org/resources/papers/gcih/sql-slammer-worm-101033|urlmorto=sì}}</ref>

Nonostante sia una delle vulnerabilità note da più tempo, ancora oggi il buffer overflow rappresenta una falla di sicurezza diffusa ed estremamente attuale: organizzazioni come [[CERT|CERT/CC]] e [[SANS]] pubblicano ancora oggi avvisi relativi alla sicurezza informatica che includono un numero rilevante di exploit basati su buffer overflow; inoltre diversi elementi della lista “CWE/SANS Top 25 Most Dangerous Software Error” sono varianti del buffer overflow.<ref>{{Cita web|url=https://cwe.mitre.org/top25/|titolo=CWE -

2011 CWE/SANS Top 25 Most Dangerous Software Errors|sito=cwe.mitre.org|accesso=17 agosto 2016}}</ref>

Nel febbraio 2016 i ricercatori di Google e di Red Hat scoprirono la presenza di una vulnerabilità di tipo stack buffer overflow nella funzione ''getaddrinfo'' della libreria ''[[glibc]]'' (tutte le versioni a partire dalla 2.9). Tale libreria è utilizzata da centinaia di applicazioni e dalla maggior parte delle distribuzioni Linux (incluse quelle installate nei [[router]] e in altro tipo di hardware): la funzione interessata è quella che si occupa del DNS lookup (risoluzione nomi degli host e indirizzi IP) e la vulnerabilità può permettere a un attaccante l'invio di domini o DNS server malevoli, oltre che attacchi ''[[Attacco man in the middle|man-in-the-middle]]'' fino all'esecuzione di codice arbitrario sulla macchina della vittima.<ref>{{Cita web|url=https://security.googleblog.com/2016/02/cve-2015-7547-glibc-getaddrinfo-stack.html|titolo=CVE-2015-7547: glibc getaddrinfo stack-based buffer overflow|lingua=en|accesso=6 settembre 2016}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://access.redhat.com/it/node/2171131|titolo=Falla di sicurezza critica: glibc stack-based buffer overflow in getaddrinfo() (CVE-2015-7547) - Red Hat Customer Portal|sito=access.redhat.com|accesso=6 settembre 2016}}</ref>

== Descrizione ==

Quando, per errore o per malizia, vengono inviati più dati della capienza del buffer destinato a contenerli (che per errore, malizia o superficialità non è stato progettato a dovere), i dati ''extra'' vanno a sovrascrivere le variabili interne del programma, o il suo stesso [[Pila (informatica)|stack]]; come conseguenza di ciò, a seconda di cosa è stato sovrascritto e con quali valori, il programma può dare risultati errati o imprevedibili, bloccarsi, o (se è un driver di sistema o lo stesso sistema operativo) bloccare il [[computer]]. Conoscendo molto bene il programma in questione, il sistema operativo e il tipo di computer su cui gira, si può precalcolare una serie di dati ''malevoli'' che inviati per provocare un buffer overflow consenta ad un malintenzionato di prendere il controllo del programma (e a volte, tramite questo, dell'intero computer).

Non tutti i programmi sono vulnerabili a questo tipo di inconveniente. Per i linguaggi di basso livello, come l’assembly, i dati sono semplici array di byte, memorizzati in registri o in memoria centrale: la corretta interpretazione di questi dati (indirizzi, interi, caratteri, istruzioni, ecc…) è affidata alle funzioni e alle istruzioni che li accedono e manipolano; utilizzando linguaggi di basso livello si ha dunque un maggiore controllo delle risorse della macchina, ma è richiesta una maggiore attenzione in fase di programmazione in modo da assicurare l’integritàl’[[integrità dei dati]] (e quindi evitare fenomeni come il buffer overflow). I linguaggi di più alto livello, come Java e Python (e molti altri), che definiscono invece il concetto di tipo di una variabile e che definiscono un insieme di operazioni permesse a seconda del tipo, non soffrono di vulnerabilità come il buffer overflow, perché non consentono di memorizzare in un buffer una quantità maggiore di dati rispetto alla sua dimensione. Fra questi due estremi si trova il linguaggio C che presenta alcune delle astrazioni tipiche dei linguaggi di alto livello insieme a elementi tipici dei linguaggi di basso livello, come la possibilità di accedere e manipolare indirizzi di memoria: ciò rende il linguaggio suscettibile ad usi inappropriati della memoria; se a questo si unisce il fatto che alcune librerie di funzioni molto diffuse (in particolare per l’input e la manipolazione di stringhe come la ''gets'') non effettuano un corretto controllo della dimensione dei buffer su cui lavorano, e che il C è stato usato negli anni ’70 per scrivere il sistema operativo UNIX (e da questo sono poi derivati i sistemi come Linux) e molte delle applicazioni pensate per eseguire su di esso, ne consegue che ancora oggi è presente e circola una grande quantità di codice vulnerabile al buffer overflow.<ref name=":0">{{Cita libro|autore=William Stallings, Lawrie Brown|titolo=Computer Security - Principles and Practice|anno=2015|editore=Pearson|città=|ISBN=978-0-13-377392-7}}</ref>

Non tutti i programmi sono vulnerabili a questo tipo di inconveniente, infatti perché un dato programma sia a rischio è necessario che:

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Il buffer overflow può essere indicato con diversi nomi a seconda della posizione occupata dal buffer all’interno della memoria allocata per il processo. La posizione del buffer è importante in quanto gli effetti del buffer overflow sono principalmente legati a:

* cosa c’è vicino al buffer

* quali dati vanno a sovrascrivere le aree di memoria adiacenti al buffer

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Se i dati in eccesso sovrascrivono frame pointer e return address, al termine dell’esecuzione la funzione tenterebbe di restituire il controllo all’istruzione puntata dal return address che potrebbe contenere:

* L’indirizzo di un’area di memoria non accessibile: i dati in eccesso sono casuali, il programma va in crash restituendo tipicamente un [[errore di segmentazione]]. È un esempio di come lo ''stack buffer overflow'' possa essere utilizzato come attacco del tipo [[Denial of Service|denial- of- service]] (DoS), compromettendo la disponibilità del servizio colpito.

* Un indirizzo di memoria ben preciso: i dati in eccesso sono calcolati in modo da sovrascrivere il return address con l’indirizzo di un’area di memoria a cui l’attaccante vuole avere accesso, o con l’indirizzo in cui si trova il codice che l’attaccante vuole eseguire.

In questo secondo caso rientrano gli attacchi basati sull’iniezione di [[shellcode]]; i dati inseriti all’interno del buffer contengono codice eseguibile in linguaggio macchina ([[assembly]]), e la sovrascrittura del return address viene fatta in modo da rimandare al codice iniettato all’interno del buffer. Compito di tale codice è normalmente quello di richiamare un’interfaccia a riga di comando, ovvero una [[Shell (informatica)|shell]], motivo per cui tale codice è detto shellcode (una chiamata alla funzione ''execve'' che esegue la Bourne shell per i sistemi UNIX, una chiamata a ''system (“command.exe”)'' nei sistemi Windows). In ogni caso il programma in esecuzione viene sostituito dalla shell, che eseguirà con gli stessi privilegi del programma di partenza.

Esiste una variante di questo tipo di attacco che si basa sulla sostituzione solo del frame pointer, e che può essere utilizzata quando l'overflow consentito è limitato e non permette di arrivare alla sovrascrittura del return address. L'attacco consiste nello sfruttare l'overflow per sostituire il frame pointer memorizzato in modo da farlo puntare a uno stack frame fasullo, iniettato all'interno del buffer insieme allo shellcode; in questo ''stack frame'' fasullo l'attaccante ha inserito come return address un puntatore allo shellcode: quando la funzione colpita termina la sua esecuzione, quindi, restituisce correttamente il controllo alla funzione chiamante (il return address infatti non è stato cambiato), ma questa riprenderà l'esecuzione con un contesto fasullo e, quando a sua volta anche lei terminerà di eseguire, il controllo verrà infine trasferito allo shellcode (poiché in questo stack frame è stato alterato il RA in modo da puntare al codice maligno). Gli attacchi [[Off-by-one error|off-by-one]] si basano proprio su questo principio: se per un errore di scrittura il programmatore consente l'immissione all'interno di un buffer anche solo di un byte in più del dovuto (usando ad esempio un <= invece del ''<'' nel test di una condizione di controllo), questo semplice byte in più potrebbe essere utilizzato da un attaccante per modificare il frame pointer memorizzato a sufficienza da farlo puntare ad uno stack frame fasullo, e ottenere quindi indirettamente il trasferimento del controllo al codice maligno iniettato.<ref name=":0" />

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=== Heap overflow ===

{{Vedi anche|Heap overflow}}

Un programma può richiedere al sistema operativo di allocare dinamicamente una certa quantità di memoria nell'area [[Heap (struttura dati)|heap]], sfruttando chiamate di sistema come ''malloc()'' e ''free''() in C/UNIX. Questi buffer possono ugualmente essere suscettibili a problemi di overflow nel momento in cui vi si possa inserire una quantità di dati superiore alla memoria allocata, e questi dati andrebbero come al solito a sovrascrivere le aree di memoria adiacenti al buffer.

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La miglior difesa da attacchi basati sul buffer overflow sta nella scelta di un linguaggio di programmazione che fornisca controlli automatici sulla dimensione dei buffer (o a tempo di compilazione o a ''runtime'') come Java, Python o Perl. Se questa opzione può essere presa in considerazione per lo sviluppo di nuovi programmi, resta però difficilmente applicabile nel caso di progetti esistenti, in cui ciò comporterebbe la riscrittura del codice nel nuovo linguaggio.<ref name=":1" />

Un'alternativa consiste nell'utilizzo di ''safe librarieslibrary'', ovvero librerie di funzioni che implementano protezioni contro il buffer overflow: in C rappresentano funzioni vulnerabili ''strcat'', ''strcpy'', ''gets'', ''sprintf'' (e altre ancora...) di cui esistono controparti "sicure" come ''strncpy'', ''strncat'', ''snprintf''. Un esempio di queste ''safe librarieslibrary'' sono "libsafe", "libparanoia" e "libverify".<ref>{{Cita web|url=https://www.freebsd.org/doc/en/books/developers-handbook/secure-bufferov.html|titolo=3.3. Buffer Overflows|accesso=31 agosto 2016}}</ref> Libsafe, ad esempio, implementa una tecnica di protezione dallo stack buffer overflow basata sul controllo di eventuali alterazioni dello stack quando una funzione termina di eseguire: se lo stack risulta modificato, il processo termina con un [[errore di segmentazione]].<ref>{{Cita web|url=https://directory.fsf.org/wiki/Libsafe|titolo=Libsafe - Free Software Directory|sito=directory.fsf.org|accesso=4 settembre 2016}}</ref>

=== Difese a livello di codice sorgente ===

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Approccio differente è invece quello di "StackShield", un'estensione del compilatore ''gcc'' per la protezione dallo stack smashing nei sistemi Linux; anziché inserire a tempo di compilazione i controlli per il ''bounds checking'' dei buffer, l'obiettivo di StackShield è quello di impedire la sovrascrittura dei ''return address'' memorizzandone una copia in una zona sicura non sovrascrivibile (all'inizio del segmento dati) all'inizio di ogni chiamata di funzione, copia che viene poi confrontata al termine dell'esecuzione della funzione con il valore memorizzato nello stack: se i valori non combaciano StackShield può terminare l'esecuzione del programma o tentare di proseguire ignorando l'attacco e rischiando al massimo il crash del programma.<ref>{{Cita web|url=http://www.angelfire.com/sk/stackshield/info.html|titolo=StackShield}}</ref>

Un'altra estensione del compilatore ''gcc'', "StackGuard", consente sia la rivelazione di eventuali ''stack buffer'' overflow sia la prevenzione degli stessi: la prima difesa tuttavia risulta molto più efficiente e portabile della seconda, in generale meno affidabile e sicura. La rivelazione si basa sulla scrittura nello ''stack frame'' di una ''canary'' ''word'' fra le variabili locali e il ''return address'' memorizzato e sull'assunto che non sia possibile sovrascrivere il RA senza alterare la ''canary word'', che prende quindi questo nome proprio in analogia all'uso dei [[Canarino domestico|canarini nelle miniere di carbone]] come primo sistema di allarme. Prima di restituire il controllo all'istruzione puntata dal RA, si controlla se la ''canary word'' ha subito alterazioni: eventuali modifiche vengono considerate come un potenziale tentativo di alterare il controllo dell'esecuzione del programma e quindi di attacco. La tecnica adottata da StackGuard è efficace solo se l'attaccante non è in grado di prevedere la ''canary word'', in questo caso sarebbe infatti in grado di progettare l'overflow in modo da sovrascrivere la ''canary word'' con il suo valore originale: StackGuard a questo scopo esegue la randomizzazione del ''canary''.<ref>{{Cita web|url=https://www.usenix.org/legacy/publications/library/proceedings/sec98/full_papers/cowan/cowan.pdf|titolo=StackGuard: Automatic Adaptive Detection and Prevention of Buffer-Overflow Attacks}}</ref>

=== Difese a livello di sistema operativo ===

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== Voci correlate ==

* [[Heap overflow]]

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* [[HeapStack overflow]]

* [[StackSicurezza overflowinformatica]]

*[[Stack (informatica)|Stack]]

*[[Heap (struttura dati)]]

*[[Informatica]]

*[[Programma]]

*[[Run-time|Runtime]]

*[[SQL Slammer|SQL Slammer worm]]

*[[Code Red (malware)|Code Red worm]]

*[[HP-UX]]

*[[Kernel]]

*[[Internet Information Services|Microsoft IIS]]

*[[Microsoft SQL Server]]

*[[Buffer]]

*[[Sicurezza informatica]]

*[[Computer]]

*[[Cracker (informatica)]]

*[[NX-bit|NX bit]]

*[[Morris worm|Morris Worm]]

*[[CERT|CERT/CC]]

*[[SANS]]

*[[Attacco man in the middle|Man-in-the-middle]]

*[[LIFO]]

*[[Errore di segmentazione]]

*[[Denial of Service|Denial-of-service]]

*[[Assembly]]

*[[Shellcode]]

*[[Shell (informatica)]]

*[[Off-by-one error|Off-by-one]]

*[[OpenBSD]]

*[[MacOS|OS X]]

*[[Microsoft Windows]]

*[[ASLR]]

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== Collegamenti esterni ==