Sviluppo di un sistema per la ricerca automatica di Buffer Overflow su piattaforma GNU/Linux

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Questa tesi analizza una delle vulnerabilità informatiche più 
comuni: il buffer overflow. Il buffer overflow (d’ora in avanti bof) si 
ottiene eccedendo la capacità prefissata di uno spazio di memoria. 
I buffer overflow possono causare terminazioni non previste nei 
programmi e sovrascritture non desiderate di zone di memoria 
riservate al contesto d’esecuzione e all’allocazione delle variabili; 
tali alterazioni possono compromettere il flusso d’esecuzione 
prestabilito, offrendo la possibilità di eseguire codice opportuno. 
 
È possibile  sfruttare un buffer overflow per: 
 
• Terminare un programma in esecuzione (generare un 
crash). 
• Modificare lo stato di un programma
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. 
• Modificare il flusso d’esecuzione eseguendo codice 
opportuno. 
 
Un attacco del primo tipo ricade nella categoria degli attacchi per 
interruzione del servizio (Denial Of Service  da qui in avanti DOS). 
Un attacco del secondo tipo appartiene alla classe degli attacchi di 
Unauthorized Modification of Information. Un attacco del terzo tipo fa 
parte degli attacchi Malicious Code promuovibili ad Account 
Compromise sfruttando i livelli aggiuntivi di privilegi ottenibili nei 
sistemi unix-like settando l’attributo suid. Il codice (opportuno) 
può far parte del programma stesso o più frequentemente no. 
 
È un insieme di condizioni che rende il bof così comune e 
trasversale a differenti classi di programmi: 
 
• Il C è uno dei linguaggi più diffusi ed utilizzati per la 
realizzazione dei sistemi operativi e delle applicazioni. 
 
• Molte implicazioni dei costrutti di programmazione C non 
sono immediatamente evidenti. 
• La maggior parte delle funzioni di libreria standard 
dedicate alla gestione delle stringhe non controllano la 
dimensione degli array. 
 
                                                 
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 Il C è un linguaggio imperativo, lo stato di un programma imperativo è nelle variabili del 
programma.
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• Nella maggior parte dei calcolatori  (basati sui processori 
x86, sparc e mips) lo stack cresce da indirizzi alti ad 
indirizzi bassi, mentre una stringa nello stack cresce da 
indirizzi bassi ad indirizzi alti.  Una politica di questo tipo 
facilita il verificarsi di buffer overflow. 
 
Il problema fondamentale è nelle scelte di progetto del linguaggio 
C, su come i puntatori ed i vettori sono implementati. 
Numerosi sono i sistemi di difesa sviluppati ma nessuno 
completamente soddisfacente. Sistemi con un alto grado di 
protezione degradano le prestazioni complessive e generano un 
aumento di falsi positivi. La corrispondente ricerca delle 
prestazioni diminuisce il grado di protezione aumentando il 
rischio di successo di un attacco. 
 
Le tecniche di difesa possono comprendere: 
 
• L’analisi del codice sorgente del programma. 
• Il controllo a tempo di esecuzione degli indici dei vettori. 
• L’utilizzo di librerie che contengono versioni “sicure” delle 
funzioni di libreria C. 
• Rendere lo user stack non eseguibile. 
• L’utilizzo di marcatori nella struttura dello stack per 
determinare la sovrascrittura del return address e del 
dynamic link. 
• L’utilizzo di uno stack hardware supplementare nel quale 
memorizzare l’indirizzo di ritorno. 
• La ricerca di cammini Hamiltoniani in grafi pesati con lo 
stato dello stack. 
 
Si veda il settimo capitolo (Sistemi di difesa) per una trattazione 
completa. 
 
La tesi è organizzata in questo modo: il secondo capitolo 
introduce le caratteristiche della piattaforma considerata: è 
presentato il modello di memoria dell’architettura IA32, lo spazio 
di indirizzamento di un processo, e il modello di accesso alle 
risorse. Il terzo capitolo descrive la dinamica del buffer overflow, il 
quarto definisce una shellcode, le modalità per costruirla e per 
limitarne il rilevamento; il quinto capitolo descrive i principali tipi 
d’attacco; il sesto capitolo descrive la ricerca di buffer overflow
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mediante il sistema sviluppato focalizzandosi su un’innovativa 
tecnica di ricerca: l’intercettazione e l’attacco agli input delle 
chiamate di sistema sys_read(); il settimo capitolo presenta i sistemi 
di difesa e le loro limitazioni. L’ottavo capitolo conclude la tesi 
riassumendo il lavoro svolto e proponendo una possibile 
soluzione.