Buffer overflow: differenze tra le versioni

Versione delle 11:20, 6 set 2016

Versione delle 03:03, 7 set 2016

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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 [[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 inviata 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’integrità dei dati (e quindi evitare fenomeni come il buffer overflow). I linguaggi di più alto livello, come il Java e il Python (e molti altri), che definiscono invece il concetto di tipo di una variabile e che definiscono un insieme di operazioni permesse a seconda della tipologia, 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=|p=|pp=|ISBN=978-0-13313-77392377392-7}}</ref>

Questo tipo di debolezza dei programmi è noto da molto tempo, ma solo di recente la sua conoscenza si è diffusa tanto da permettere anche a dei [[Cracker (informatica)|cracker]] capaci di sfruttarla per bloccare o prendere il controllo di altri computer collegati in rete. Non tutti i programmi sono vulnerabili a questo tipo di inconveniente: perché un dato programma sia a rischio è necessario che:

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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 2010-05-03|accesso=5 settembre 2016-09-05}}</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 2016-09-05}}</ref>

In seguito i buffer overflows furono sfruttati da due importanti ''internet worms'': nel 2001 il [[Code Red (virus)|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}}</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=http://cwe.mitre.org/top25/|titolo=CWE -

2011 CWE/SANS Top 25 Most Dangerous Software Errors|sito=cwe.mitre.org|accesso=2016-08-17 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-US|accesso=6 settembre 2016-09-06}}</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 2016-09-06}}</ref>

== Tipi di buffer overflow e possibili attacchi ==

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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" />

Infine bisogna ricordare che [[stack overflow]] e stack buffer overflow non sono sinonimi: il primo indica una situazione per cui si richiede una quantità troppo elevata di memoria nello stack, il secondo una situazione in cui (per varie ragioni) si inserisce in un buffer nello stack una quantità di dati più grande della capacità del buffer stesso.<ref>{{Cita libro|autore=Jon Erickson|titolo=Hacking - The Art of Exploitation|anno=2008|editore=No Starch Press|città=|p=|pp=|ISBN=978-1-59327-144-2}}</ref>

=== Heap overflow ===

Un programma può richiedere al sistema operativo di allocare dinamicamente una certa quantità di memoria nell'area [[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.

Si parla in questi casi di '''heap overflow''', ma a differenza dello stack, nell'area heap non sono memorizzati né indirizzi di ritorno, né frame pointer che possano essere alterati da un attaccante per trasferire il controllo dell'esecuzione a codice arbitrario. Tuttavia questo non significa che tali anomalie non costituiscano delle vulnerabilità pericolose: nel 2002 fu riscontrata una vulnerabilità di tipo heap overflow in un'estensione di Microsoft IIS che poteva essere sfruttata per eseguire codice arbitrario proprio su questa tipologia di server. <ref>{{Cita web|url=http://www.kb.cert.org/vuls/id/363715|titolo=Vulnerability Note VU#363715 - Microsoft Internet Information Server (IIS) vulnerable to heap overflow during processing of crafted ".htr" request by "ISM.DLL" ISAPI filter|sito=www.kb.cert.org|accesso=2016-08-19 agosto 2016}}</ref>

Quando un programma presenta diverse funzioni che eseguono la stessa operazione ma in modo diverso (ad esempio il ''sorting''), e si desidera stabilire a ''runtime'' quale utilizzare per processare i dati in ingresso, spesso si usa memorizzare dei puntatori a funzione nell'area heap: questi puntatori contengono gli indirizzi iniziali delle funzioni, e vengono utilizzati per richiamarne successivamente l'esecuzione. In uno scenario del genere, un attaccante potrebbe sfruttare l'overflow di un buffer allocato sullo heap per sovrascrivere tali puntatori, sostituendoli con un puntatore allo shellcode iniettato attraverso l'overflow: la successiva chiamata a una delle funzioni comporterebbe il trasferimento del controllo allo shellcode invece che alla funzione attesa.<ref>{{Cita web|url=https://www.sans.org/reading-room/whitepapers/threats/buffer-overflows-dummies-481|titolo=Buffer Overflows for Dummies - SANS Institute}}</ref>

== Contromisure ==

Esistono varie tecniche per prevenire o rivelare il fenomeno del buffer overflow, con vari tradeoff. In generale queste difese possono essere adottate a vari livelli:<ref name=":1">{{Cita web|url=http://www.preserve-it-all.org/emc-plus/rsa-labs/historical/countermeasures-against-buffer-overflow-attacks.htm|titolo=RSA Laboratories - Countermeasures against Buffer Overflow Attacks|sito=www.preserve-it-all.org|accesso=2016-08-31 agosto 2016}}</ref>

* A livello di linguaggio

* A livello di codice sorgente

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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 libraries'', 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 libraries'' 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|sito=www.freebsd.org|accesso=2016-08-31 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|segmentation fault]]. <ref>{{Cita web|url=http://directory.fsf.org/wiki/Libsafe|titolo=Libsafe - Free Software Directory|sito=directory.fsf.org|accesso=4 settembre 2016-09-04}}</ref>

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

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Alcuni sistemi operativi basati su UNIX come [[OpenBSD]] e [[MacOS|OS X]] supportano direttamente lo ''executable space protection'', per altri SO è invece disponibile attraverso estensioni opzionali come:

* PaX <ref>{{Cita web|url=https://pax.grsecurity.net/|titolo=Homepage of PaX|sito=pax.grsecurity.net|accesso=4 settembre 2016-09-04}}</ref>

* Exec Shield <ref>{{Cita web|url=https://lwn.net/Articles/31032/|titolo="Exec Shield", new Linux security feature [LWN.net]|sito=lwn.net|accesso=4 settembre 2016-09-04}}</ref>

* OpenWall <ref>{{Cita web|url=http://www.openwall.com/|titolo=Openwall - bringing security into open computing environments|sito=www.openwall.com|accesso=4 settembre 2016-09-04}}</ref>

Le versioni più recenti di [[Microsoft Windows]] lo supportano sotto il nome di Data Execution Prevention (DEP) (o protezione esecuzione programmi). <ref>{{Cita web|url=https://kc.mcafee.com/corporate/index?page=content&id=KB58554&locale=it_IT&viewlocale=it_IT|titolo=McAfee KnowledgeBase - Prevenzione esecuzione programmi e Protezione da overflow del buffer|sito=kc.mcafee.com|accesso=4 settembre 2016-09-04}}</ref>

Un'altra tecnica di difesa a livello di sistema operativo è l'[[ASLR|''address space layout randomization'' (ASLR)]] che consiste nel rendere parzialmente casuale l'indirizzo delle funzioni di libreria e delle aree di memoria più importanti; ciò rende più complessa (ma non impossibile) l'esecuzione di codice tramite exploit perché costringe l'attaccante a cercare l'indirizzo del codice da eseguire tramite una serie di tentativi rilevabili sia dalla vittima, sia da eventuali SW di protezione.<ref>{{Cita web|url=http://www.symantec.com/avcenter/reference/Address_Space_Layout_Randomization.pdf|titolo=Address Space Layout Randomization}}</ref>