轻量级缓冲区溢出防护技术研究

论文摘要

计算机软件的普遍应用带给人们越来越多的便捷,并日益影响人们的日常生活,但计算机软件中存在大量的错误及漏洞,隐藏着巨大的风险。因此,无论是科研机构还是企业,都在努力研究避免软件出现错误和漏洞的方法。对缓冲区溢出的研究,在计算机网络与信息安全领域有着非常重要的理论和实用价值。本文对缓冲区溢出攻击技术进行了深入的研究,并且根据缓冲区溢出攻击的基本原理,提出了一种基于地址空间随机化的溢出防护技术,该方法针对远程缓冲区溢出的基本原理,并根据这个基本原理进行了有效的防护。本文首先阐述了课题的研究背景、意义以及国内外研究现状,研究分析了各种缓冲区溢出攻击技术以及shellcode的编写方法。根据缓冲区溢出利用跳转地址这一原理,提出了基于地址空间随机化的溢出防护技术。地址空间随机化技术是为了防止远程缓冲区溢出攻击对系统核心对象的预计,将系统核心对象和组件在内存中的地址空间进行随机化,使得溢出攻击失效的防御安全技术。根据该方法,利用Windows内核相关技术及设备驱动程序开发技术,进行基于地址空间随机化的缓冲区溢出防护系统的设计及实现,给出了系统总体结构、具体模块的设计流程以及开发环境等。然后,在Metasploit真实的攻击环境及使用复杂的攻击类型对该系统进行测试。实验结果表明,本文提出的方法能够完全的抵御大部分缓冲区溢出攻击,有力地保障了系统。最后,对全文进行了总结并讨论了这种技术存在的技术局限性以及对后续工作的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 本课题研究意义
• 1.2 缓冲区溢出防御国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 缓冲区溢出攻击技术
• 2.1 缓冲区溢出攻击技术简介
• 2.2 普通缓冲区溢出攻击技术
• 2.2.1 堆栈溢出攻击技术
• 2.2.2 堆溢出攻击技术
• 2.2.3 格式化字符串溢出攻击技术
• 2.2.4 单字节溢出攻击技术
• 2.3 流程跳转攻击技术
• 2.3.1 覆盖返回地址
• 2.3.2 覆盖函数指针
• 2.4 shellcode的编写技术
• 2.4.1 shellcode的编写方法
• 2.4.2 shellcode的一般流程
• 2.4.3 缓冲区溢出代码的筛选
• 2.5 本章小结
• 第三章 地址空间随机化的关键技术
• 3.1 Windows内核相关技术
• 3.1.1 Native API
• 3.1.2 系统服务
• 3.2 内存管理机制
• 3.3 设备驱动程序开发技术
• 3.3.1 使用设备驱动程序的目的
• 3.3.2 驱动程序的组成
• 3.3.3 加载卸载驱动程序
• 3.3.4 重要的数据结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于地址空间随机化的溢出防御系统的设计和实现
• 4.1 地址空间随机化定义
• 4.2 总体设计
• 4.2.1 功能目标
• 4.2.2 总体结构
• 4.3 动态链接库地址空间随机化设计实现
• 4.3.1 一般动态链接库随机化设计实现
• 4.3.2 特殊动态链接库随机化设计实现
• 4.4 堆栈地址空间随机化设计实现
• 4.4.1 主堆栈空间随机化设计实现
• 4.4.2 辅助堆栈空间随机化设计实现
• 4.5 堆空间随机化设计实现
• 4.6 PEB/TEB地址空间随机化设计实现
• 4.7 环境变量和命令行参数空间随机化设计实现
• 4.8 虚拟地址描述符空间随机化设计实现
• 4.9 本章小结
• 第五章 实验与评估
• 5.1 溢出实验
• 5.1.1 功能目标
• 5.1.2 真实环境攻击测试
• 5.1.3 复杂攻击测试
• 5.2 性能评估
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 技术存在的局限性
• 6.2 后续展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果