使用示例格式化字符串漏洞和预防措施

什么是格式化字符串漏洞？

格式化字符串漏洞（Format String Vulnerability）是一种常见的软件漏洞，也是攻击者经常利用的一种攻击方式。它产生的根本原因是程序没有正确地处理格式化字符串函数中的“格式控制符”，导致攻击者可以通过构造恶意的格式化字符串来读取或修改程序的内存空间，甚至执行任意的指令代码。

当程序员没有正确地处理格式化字符串函数的输入参数时，攻击者就可以利用这种漏洞在堆栈或者堆中写入随机的数据或者指令，从而实现程序崩溃、信息泄露或者执行任意指令的攻击效果。

在C/C++、Java、Python等编程语言中，大多数格式化字符串函数都使用类似于“%d”、“%s”、“%p”等格式化占位符，通过这些占位符可以将函数参数转换为相应的字符串形式，但是如果没有正确地控制这些占位符的使用，就会给攻击者造成很大的攻击威胁。

以下是一些常见的格式化字符串函数：

• printf()/sprintf()
• scanf()/sscanf()
• fprintf()/fscanf()
• vprintf()/vsprintf()
• vsnprintf()
• syslog()

如何利用格式化字符串漏洞攻击程序？

攻击者一般会构造一个包含恶意占位符的输入字符串，然后通过格式化字符串函数将其传递给受攻击的程序。当程序在处理这个字符串时，就会按照占位符的格式对堆栈或堆中的内存进行写入或读取操作。

下面是一个简单的示例程序，其中存在格式化字符串漏洞：

#include <stdio.h>

void vulnerable(char *input) {
    char buf[100];
    printf(input);
    sprintf(buf, input);
}

int main(int argc, char **argv) {
    char *input = NULL;
    if (argc > 1)
        input = argv[1];
    vulnerable(input);
    return 0;
}

上述程序中，vulnerable()函数接收一个字符指针参数，然后将其作为格式化字符串传递给printf()和sprintf()函数。当传入恶意字符串时，程序就会按照字符串中的格式占位符对内存进行读写操作。

例如，当传入以下字符串时，程序就会打印出由内存中的“password”变量表示的字符串：

%s\n
%p\n
%x\n
%p\n
%1$s\n

上述字符串中的“%s”、“%p”、“%x”等占位符会按照C语言默认的格式进行相应的读取操作，而“%1$s”则表示取第一个参数所表示的字符串。

如果攻击者传入的字符串中包含格式化字符串“%n”等占位符，就可以实现将内存中的值修改为指定值的攻击效果。

如何预防格式化字符串漏洞？

为了预防格式化字符串漏洞，可以采取以下一些预防措施：

1. 对输入数据进行正确的过滤

在将输入数据作为格式化字符串参数之前，一定要对输入数据进行正确的过滤，确保输入数据符合预先定义好的数据格式和范围，避免恶意的数据输入导致漏洞的产生。

2. 使用安全的格式化字符串函数

可以使用安全的格式化字符串函数，例如strcpy_s()、sprintf_s()等，这些函数在处理格式化字符串时会自动检测是否存在安全漏洞，并进行相应的处理。

3. 使用格式化字符串参数的最小化

为了避免恶意的格式化字符串攻击，应该尽量避免使用用户提供的格式化字符串，而应该通过代码的正常执行来生成格式化字符串，从而最小化格式化字符串参数的使用。

4. 尽可能采用类型安全的编程语言

采用类型安全的编程语言可以帮助程序员避免许多类型相关的漏洞，从而大大降低了程序的安全风险。例如，Java、Python等编程语言对类型的控制较为严格，因此可以大大减少程序中出现格式化字符串漏洞的可能性。

小结

格式化字符串漏洞是一种常见的软件漏洞，攻击者可以通过构造恶意的格式化字符串来读取或修改程序的内存空间，甚至执行任意的指令代码。为了预防格式化字符串漏洞，程序员应该对输入数据进行正确的过滤，使用安全的格式化字符串函数，最小化参数的使用，尽可能采用类型安全的编程语言。