转载：堆栈溢出（Stack overflow）问题

一，堆栈溢出 
　　 堆栈溢出就是不顾堆栈中分配的局部数据块大小(在栈中分配的局部数据块大小和局部变量的声明的大小有关)，向该数据块写入了过多的数据，导致数据越界，结果覆盖了老的堆栈数据(包括函数的返回地址)。 或者解释为在长字符串中嵌入一段代码，并将过程的返回地址覆盖为这段代码的地址，这样当过程返回时，程序就转而开始执行这段自编的代码了.这东西很像病毒。

 

基础知识
    首先简单讲两个基础知识，一是函数调用时堆栈的变化；二是函数调用约定对函数调用及返回时堆栈变化的影响。
    我们用高级语言编写程序的时候，函数调用是很常见的事情，但是我们却很少去观察函数调用时汇编究竟是如何实现的。其实，函数调用实现的过程很简单。
    (1)父函数将函数的实参按照从右至左顺序压入堆栈；
    (2)系统将父函数中函数调用指令call xxxx的下一条指令地址EIP压入堆栈；
    (3)父函数通过push ebp指令将基址指针EBP压入堆栈，并通过mov ebp, esp将当前堆栈指针ESP赋予EBP;
    (4)最后就是通过sub esp,m(m 是字节数)为存放函数中局部变量开辟的内存。函数在执行的时候如果需要访问实参或者局部变量，都是通过EBP指针来完成的。

 

esp是堆栈指针（通过Push、Pop自动可改变）
ebp是基址指针

通常是一开始以 Push EBP 和MOV Ebp,Esp这两句开始的，
这两句的意思是以EBP代替ESP，作为访问堆栈的指针。 
2.在结束的时候调用 
mov esp,ebp 
pop ebp 
retn

 

    在Windows系统下，我们常见的函数调用约定有两种：

 

    _stdcall和_cdecl调用约定,前者是Windows API函数常用的调用约定,后者即是C调用约定.WINAPI、PASCAL等名称就是__stdcall的宏定义，是一个意思

 

_stcall:参数按从右向左的顺序入栈,由被调用函数清理堆栈.
_cdecl :参数按从右向左的顺序入栈,由调用函数清理堆栈.

 

    对于_cdecl调用方式的函数，其父函数在调用该函数的时候，会先将它的实参按照从右至左顺序压入堆栈；函数返回之后(注意这里是函数返回后，也就是有调用函数清理堆栈)，父函数通过sub esp, n（n = 函数实参个数 * 4）（这里还是要考虑参数的类型的！）指令来负责恢复堆栈。
    对于__stdcall调用约定函数，函数调用时实参入栈顺序也是从右至左，但堆栈恢复是该函数返回时自己通过ret n(n = 函数实参个数 * 4)（这里也要考虑参数的类型吧）指令来完成的。

#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int fun(char *szIn, int nTest)
{
    char szBuf[8];
    printf("%d\n", nTest);//注意这里是8但是szIn却不止八   //个，这也就是说，通过sub esp,m(m 是字节数)为存放函数中局部//变量开辟的内存，将会不够，导致数据覆盖，将函数的返回值覆写
    strcpy(szBuf, szIn);
    return 0;
}
int main()
{
    char sz_In[] = "1234567890abcdefghijklmn";
    fun(sz_In, 888);
    return 0;
}

编译、执行，弹出异常对话框：

显然是发生了堆栈溢出，这是从直观的角度进行了解。大家花1分钟时间看下程序代码，然后我们来仔细看看这个溢出的发生细节。
好了，我们继续。在debug模式下， 按F10，进入单步调试状态，再按下Alt+8，进入汇编状态：

高级语言第15行代码char sz_In[] = "1234567890abcdefghijklmn"前面是main函数的启动代码，其实大家从这里就可以看到在调用主函数时堆栈的变化。一直按F10,直到第16行高级语言代码fun(sz_In, 888)停下来，这里是我们开始重点看的地方：

大家现在可以看到
    (1)main函数（前面讲的父函数）通过call @ILT+0(fun) (00401005)指令调用fun函数，在该指令之前还有两个push 指令操作。不难看出，这两条push 指令就是将fun函数的两个实参按照从右往左的顺序压入堆栈
    (2)继续按F10,直到call指令停下，用F11跟到fun函数里面去，跳到了00401005处，该处指令是一个跳转指令jmp fun(00401020)，00401020就是函数fun开始的地方：
    (3)进入fun函数的第一条指令就是push ebp，即保存基址指针EBP。按F10执行完这条指令之前，我们观察当前堆栈顶部4字节是0x004010B6，也就是我们刚才调用fun函数的call指令下一条指令add esp, 8的地址，即保存了返回地址EIP（返回函数地址的压栈的工作由系统自动进行，不显示相应的汇编代码）。现在继续往单步执行，mov ebp, esp使当前EBP指针指向父函数EBP指针保存的位置(便于进行恢复)，并用于函数执行过程中实参和局部变量的访问。
    （4）sub esp, 48h指令是为fun函数的局部变量预分配堆栈空间，后面的szBuf就位于这片预分配空间里。
    (5)继续单步执行完00401051的call strcpy (004010e0)指令后停下，这里说一句，strcpy函数的调用约定是__cdecl, 因此调用完成后，fun函数作为其父函数要通过add esp, 8来恢复堆栈。
    (6)因为通过sub esp,m开辟的内存不够（这所以这样，是因为我们在变量声明的时候只是声明了8字节--char szBuf[8]）而strcpy(szBuf, szIn);中的szIn的数据量有是比较大的（25字节），所以会导致数据覆盖，将函数的返回值覆写。 
    (7)这时候我们看看EBP+4指向的堆栈地址，即函数返回地址EIP的值为0x66656463(0x004010B6==>0x66656463)，就是我们覆盖的数据

 

    函数返回之后将跳转到该地址0x66656463来执行指令，而该地址上的指令无效，因此会发Run-Time Check Failure #2 - Stack around the variable 'szBuf' was corrupted.的读错误。到这一步，我们既验证了前面的基础知识，有了解了堆栈溢出的过程，虽然简单，但是却具有代表性。

二：

　　通过堆栈溢出来获得root权限是目前使用的相当普遍的一项黑客技术。事实上这是一个黑客在系统

本地已经拥有了一个基本账号后的首选攻击方式。他也被广泛应用于远程攻击。通过对daemon进程

的堆栈溢出来实现远程获得rootshell的技术，已经被很多实例实现。

在windows系统中，同样存在着堆栈溢出的问题。而且，随着internet的普及，win系列平台上 的

internet服务程序越来越多，低水平的win程序就成为你系统上的致命伤。因为它们同样会被远程

堆栈溢出，而且，由于win系统使用者和管理者普遍缺乏安全防范的意识，一台win系统上的堆栈溢

出，如果被恶意利用，将导致整个机器被敌人所控制。进而，可能导致整个局域网落入敌人之手。

本系列讲座将系统的介绍堆栈溢出的机制，原理，应用，以及防范的措施。希望通过我的讲座，大

家可以了解和掌握这项技术。而且，会自己去寻找堆栈溢出漏洞，以提高系统安全。

堆栈溢出系列讲座

入门篇

本讲的预备知识：

首先你应该了解intel汇编语言，熟悉寄存器的组成和功能。你必须有堆栈和存储分配方面的基础

知识，有关这方面的计算机书籍很多，我将只是简单阐述原理，着重在应用。

其次，你应该了解linux，本讲中我们的例子将在linux上开发。

1：首先复习一下基础知识。

从物理上讲，堆栈是就是一段连续分配的内存空间。在一个程序中，会声明各种变量。静态全局变

量是位于数据段并且在程序开始运行的时候被加载。而程序的动态的局部变量则分配在堆栈里面。

从操作上来讲，堆栈是一个先入后出的队列。他的生长方向与内存的生长方向正好相反。我们规定

内存的生长方向为向上，则栈的生长方向为向下。压栈的操作push＝ESP－4，出栈的操作是

pop=ESP+4.换句话说，堆栈中老的值，其内存地址，反而比新的值要大。请牢牢记住这一点，因为

这是堆栈溢出的基本理论依据。

在一次函数调用中，堆栈中将被依次压入：参数，返回地址，EBP。如果函数有局部变量，接下

来，就在堆栈中开辟相应的空间以构造变量。函数执行结束，这些局部变量的内容将被丢失。但是

不被清除。在函数返回的时候，弹出EBP，恢复堆栈到函数调用的地址,弹出返回地址到EIP以继续

执行程序。

在C语言程序中，参数的压栈顺序是反向的。比如func（a,b,c)。在参数入栈的时候，是：先压c，

再压b,最后压a.在取参数的时候，由于栈的先入后出，先取栈顶的a，再取b,最后取c。（PS:如果

你看不懂上面这段概述，请你去看以看关于堆栈的书籍，一般的汇编语言书籍都会详细的讨论堆

栈，必须弄懂它，你才能进行下面的学习）

2:好了，继续,让我们来看一看什么是堆栈溢出。

2.1：运行时的堆栈分配

堆栈溢出就是不顾堆栈中分配的局部数据块大小，向该数据块写入了过多的数据，导致数据越界。

结果覆盖了老的堆栈数据。

比如有下面一段程序：

程序一：
#include
int main ( )
{
char name[8];
printf("Please type your name: ");
gets(name);
printf("Hello, %s!", name);
return 0;
}

编译并且执行，我们输入ipxodi,就会输出Hello,ipxodi!。程序运行中，堆栈是怎么操作的呢？

在main函数开始运行的时候，堆栈里面将被依次放入返回地址，EBP。我们用gcc -S 来获得汇编语

言输出，可以看到main函数的开头部分对应如下语句：

pushl %ebp
movl %esp,%ebp
subl $8,%esp

首先他把EBP保存下来，，然后EBP等于现在的ESP，这样EBP就可以用来访问本函数的局部变量。之

后ESP减8，就是堆栈向上增长8个字节，用来存放name[]数组。现在堆栈的布局如下：

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ ][ ][ ]
^&name
堆栈顶部 堆栈底部

执行完gets(name)之后，堆栈如下：

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ipxodi\0 ][ ][ ]
^&name
堆栈顶部 堆栈底部

最后，main返回，弹出ret里的地址，赋值给EIP，CPU继续执行EIP所指向的指令。

2.2：堆栈溢出

好，看起来一切顺利。我们再执行一次，输入ipxodiAAAAAAAAAAAAAAA,执行完gets（name）之后，堆栈如下：

内存底部 内存顶部
name EBP ret
<------ [ipxodiAA][AAAA][AAAA].......
^&name
堆栈顶部 堆栈底部

由于我们输入的name字符串太长，name数组容纳不下，只好向内存顶部继续写‘A’。由于堆栈的

生长方向与内存的生长方向相反，这些‘A’覆盖了堆栈的老的元素。如图我们可以发现，EBP，

ret都已经被‘A’覆盖了。在main返回的时候，就会把‘AAAA’的ASCII码：0x41414141作为返回

地址，CPU会试图执行0x41414141处的指令，结果出现错误。这就是一次堆栈溢出。

3：如何利用堆栈溢出

我们已经制造了一次堆栈溢出。其原理可以概括为：由于字符串处理函数（gets，strcpy等等）没

有对数组越界加以监视和限制，我们利用字符数组写越界，覆盖堆栈中的老元素的值，就可以修改

返回地址。

在上面的例子中，这导致CPU去访问一个不存在的指令，结果出错。事实上，当堆栈溢出的时候，

我们已经完全的控制了这个程序下一步的动作。如果我们用一个实际存在指令地址来覆盖这个返回

地址，CPU就会转而执行我们的指令。在UINX系统中，我们的指令可以执行一个shell，这个shell

将获得和被我们堆栈溢出的程序相同的权限。如果这个程序是setuid的，那么我们就可以获得root

shell。