O que é estouro de buffer?

O que é estouro de buffer?

O estouro de buffer é uma anomalia que ocorre quando o software gravando dados em um buffer estoura a capacidade do buffer, resultando na substituição de locais de memória adjacentes. Em outras palavras, muita informação está sendo passada para um container que não tem espaço suficiente e essa informação acaba substituindo os dados em containers adjacentes.

Os estouros de buffer podem ser explorados por invasores com o objetivo de modificar a memória de um computador para prejudicar ou assumir o controle da execução do programa.

O que é um buffer?

Um buffer, ou buffer de dados, é uma área de armazenamento de memória física usada para armazenar dados temporariamente enquanto está sendo movida de um lugar para outro. Estes buffers normalmente vivem na memória RAM. Os computadores geralmente usam buffers para ajudar a melhorar a performance; a maioria dos discos rígidos modernos aproveitam o buffer para acessar dados de forma eficiente e muitos serviços on-line também usam buffers. Por exemplo, os buffers são geralmente utilizados em streaming de vídeos on-line para evitar a interrupção. Quando um vídeo é transmitido, o reprodutor de vídeo baixa e armazena, talvez, 20% do vídeo de cada vez em um buffer e depois transmite a partir desse buffer. Desta forma, pequenas quedas na velocidade da conexão ou interrupções rápidas de serviço não afetarão a performance do streaming de vídeo.

Os buffers são projetados para conter quantidades específicas de dados. A menos que o programa que utiliza o buffer tenha instruções incorporadas para descartar o excesso de dados enviados para o buffer, o programa substituirá os dados na memória adjacente ao buffer.

Estouros de buffer podem ser explorados por invasores para corromper software. Apesar de bem compreendidos, os ataques de estouro de buffer ainda são um grande problema de segurança que atormenta as equipes de segurança cibernética. Em 2014, uma ameaça conhecida como "heartbleed" expôs centenas de milhões de usuários a ataques devido a uma vulnerabilidade de estouro de buffer em software de SSL.

Como os invasores exploram os estouros de buffer?

Um invasor pode alimentar deliberadamente uma entrada cuidadosamente elaborada em um programa que fará com que o programa tente armazenar essa entrada em um buffer que não seja grande o suficiente, substituindo porções de memória conectadas ao espaço do buffer. Se o layout de memória do programa for bem definido, o invasor poderá sobrescrever deliberadamente áreas conhecidas por conterem código executável. O invasor pode então substituir esse código por seu próprio código executável, o que pode alterar drasticamente a forma como o programa foi projetado para funcionar.

Por exemplo, se a parte sobrescrita na memória contiver um ponteiro (um objeto que aponta para outro local na memória), o código do invasor pode substituir esse código por outro ponteiro que aponta para uma carga de exploração. Isso pode transferir o controle de todo o programa para o código do invasor.

Quem é vulnerável a ataques de estouro de buffer?

Certas linguagens de codificação são mais suscetíveis a estouro de buffer do que outras. C e C++ são duas linguagens populares com alta vulnerabilidade, pois não contêm proteções internas contra acesso ou substituição de dados em sua memória. Windows, Mac OSX e Linux contêm código escrito em uma ou ambas as linguagens.

Linguagens mais modernas como Java, PERL e C# têm recursos integrados que ajudam a reduzir as chances de estouro de buffer, mas não podem evitá-lo completamente.

Como se proteger contra ataques de estouro de buffer

Felizmente, os sistemas operacionais modernos têm proteções de tempo de execução que ajudam a mitigar os ataques de estouro de buffer. Vamos explorar duas proteções comuns que ajudam a mitigar o risco de exploração:

• Aleatorização do espaço de endereço - reorganiza aleatoriamente os locais do espaço de endereço das principais áreas de dados de um processo. Os ataques de estouro de buffer geralmente dependem do conhecimento da localização exata do código executável importante, a aleatoriedade dos espaços de endereço torna isso quase impossível.
• Prevenção de execução de dados - Marca certas áreas da memória como executáveis ou não executáveis, evitando que uma exploração execute código encontrado em uma área não executável.

Os desenvolvedores de software também podem tomar precauções contra vulnerabilidades de estouro de buffer escrevendo em linguagens que tenham proteções internas ou usando procedimentos de segurança especiais em seu código.

Apesar das precauções, novas vulnerabilidades de estouro de buffer continuam a ser descobertas pelos desenvolvedores, às vezes após uma exploração bem-sucedida. Quando novas vulnerabilidades são descobertas, os engenheiros precisam corrigir o software afetado e garantir que os usuários do software tenham acesso ao patch.

Quais são os diferentes tipos de ataques de estouro de buffer?

Existem vários ataques de estouro de buffer que empregam estratégias diferentes e visam diferentes partes de código. Abaixo estão alguns dos mais conhecidos.

• Ataque de stack overflow - Este é o tipo mais comum de ataque de estouro de buffer e envolve o estouro de um buffer na pilha de chamadas*.
• Ataque de heap overflow - Este tipo de ataque tem como alvo dados no pool de memória aberto conhecido como heap*.
• Ataque de estouro de número inteiro - Em um estouro de número inteiro, uma operação aritmética resulta em um integer (número inteiro) que é muito grande para o tipo de número inteiro destinado a armazená-lo; isso pode resultar em um estouro de buffer.
• Unicode overflow - Um unicode overflow cria um estouro de buffer inserindo caracteres unicode em uma entrada que espera caracteres ASCII. (ASCII e unicode são padrões de codificação que permitem que os computadores representem texto. Por exemplo, a letra "a" é representada pelo número 97 em ASCII. Enquanto os códigos ASCII cobrem apenas caracteres de idiomas ocidentais, o unicode pode criar caracteres para quase todos os idiomas escritos na Terra Como há muito mais caracteres disponíveis em unicode, muitos caracteres unicode são maiores que o maior caractere ASCII).

*Os computadores contam com dois modelos de alocação de memória diferentes, conhecidos como pilha e heap; ambos vivem na RAM do computador. A pilha é bem organizada e contém dados em um modelo Last-In, First-Out. Qualquer que seja o dado que foi colocado mais recentemente na pilha será o primeiro a sair, mais ou menos como a última bala inserida em um pente de munição será a primeira a ser disparada. O heap é um conjunto desorganizado de memória extra, os dados não entram ou saem do heap em nenhuma ordem específica. Como acessar a memória a partir da pilha é muito mais rápido do que acessar a partir do heap, o heap geralmente é reservado para dados maiores ou dados que um programador deseja gerenciar explicitamente.