竞争条件漏洞

简介

竞争条件漏洞是一种常见的安全漏洞，指当多个线程或进程并发访问同一共享资源时，由于执行顺序不可预知，可能会产生意外的结果。

漏洞描述

竞争条件漏洞的本质是程序员没有考虑到并发访问共享资源所带来的风险，通常会导致以下问题：

• 资源的竞争和破坏：多个线程或进程同时访问同一共享资源，可能会导致资源的竞争和破坏，例如，多个线程同时写入同一个文件，可能会出现覆盖和截断等问题。
• 条件的竞争和漏洞：多个线程或进程同时访问同一共享条件，可能会导致条件的竞争和漏洞，例如，多个线程同时检查同一个文件是否存在，如果不同步，就可能会出现文件重复创建等问题。
• 时间的竞争和错误：多个线程或进程同时访问同一共享时间，可能会导致时间的竞争和错误，例如，多个线程同时设置同一个定时器，就可能会出现定时器失效或错乱等问题。

漏洞防范

为了避免竞争条件漏洞，程序员应该从以下几个方面入手：

• 合理设计并发模型：合理设计并发模型，例如，使用锁、信号量、条件变量等机制，维护共享资源的互斥、同步和通信，从而避免多个线程或进程同时访问同一共享资源。
• 合理设计数据结构：合理设计数据结构，例如，使用原子变量等机制，保证共享数据的原子性，从而避免多个线程或进程同时访问同一共享数据。
• 合理设计算法实现：合理设计算法实现，例如，使用乐观锁、悲观锁等机制，保证共享数据的一致性和正确性，从而避免多个线程或进程同时访问同一共享数据。

漏洞示例

下面是一个简单的漏洞示例，展示了多个线程同时访问同一共享资源所带来的问题：

#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>

int g_number = 0;

void increase_number() {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        g_number++;
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads.push_back(std::thread(increase_number));
    }
    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }
    std::cout << "g_number = " << g_number << std::endl;
    return 0;
}

上述代码中，多个线程同时访问同一共享数据 g_number，每个线程执行 100000 次自增操作。运行该程序，输出结果如下：

g_number = 885390

由于多个线程同时访问同一共享数据，没有同步和互斥机制，因此会出现竞争条件漏洞，导致最终结果不够正确。为了避免该漏洞，可以使用互斥锁（std::mutex），代码示例如下：

#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <mutex>

int g_number = 0;
std::mutex g_mutex;

void increase_number() {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(g_mutex);
        g_number++;
    }
}

int main() {
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads.push_back(std::thread(increase_number));
    }
    for (auto& thread : threads) {
        thread.join();
    }
    std::cout << "g_number = " << g_number << std::endl;
    return 0;
}

上述代码中，使用互斥锁（std::mutex）保护共享数据，保证多个线程同步访问。运行该程序，输出结果如下：

g_number = 1000000

可以看到，使用互斥锁（std::mutex）成功避免了竞争条件漏洞，最终结果正确。