【缺陷周话】第20期:无符号整数回绕

通过对无符号整数回绕原理的分析,无符号整数回绕最直接导致的结果是产生数值错误,计算所得值不符合程序的预期。当无符号整数回绕产生一个最大值时,如果数据用于如 memcpy() 类的内存拷贝函数,则会复制一个巨大的数据,可能导致错误或者破坏堆栈。

代码审计是使用静态分析发现源代码中安全缺陷的方法,能够辅助开发或测试人员在软件上线前较为全面地了解其安全问题,防患于未然,因此一直以来都是学术界和产业界研究的热点,并且已经成为安全开发生命周期 SDL 和 DevSecOps 等保障体系的重要技术手段。

360代码卫士团队基于自主研发的国内首款源代码安全检测商用工具,以及十余年漏洞技术研究的积累,推出“缺陷周话”系列栏目。每周针对 CWE、OWASP 等标准中的一类缺陷,结合实例和工具使用进行详细介绍,旨在为广大开发和安全人员提供代码审计的基础性标准化教程。

1、无符号整数回绕

第17期缺陷周话中,曾经对有符号整数溢出问题进行了分析,本期来聊一聊 C/C++ 整数类型中的无符号整数使用不当所导致的问题。首先我们来看一下无符号整数的取值范围,下表中列出ANSI标准定义的无符号整数类型及范围。

类型 位数 最小取值范围
unsigned int 16/32 0~65535
unsigned short int 16 0~65535
unsigned long int 32 0~4294967295
unsigned long long int 64 264-1

C99第6.2.5节的第9条规定:涉及无符号整数的计算不会产生溢出,而是当数值超过无符号整数的取值范围时会发生回绕。如:无符号整数的最大值加1会返回0,而无符号整数最小值减1则会返回该类型的最大值。造成无符号整数运算回绕的操作符有“+”、“-”、“*”、“++”、“–”、“+=”、“-=”、“*=”、“<<=”、“<<”等。

2、 无符号整数回绕的危害

通过对无符号整数回绕原理的分析,无符号整数回绕最直接导致的结果是产生数值错误,计算所得值不符合程序的预期。当无符号整数回绕产生一个最大值时,如果数据用于如 memcpy() 类的内存拷贝函数,则会复制一个巨大的数据,可能导致错误或者破坏堆栈。除此之外,无符号整数回绕最可能被利用的情况之一是用于内存的分配,如使用 malloc() 函数进行内存分配时,当 malloc() 函数的参数产生回绕时,可能为0或者是一个最大值,从而导致0长度的内存分配或者内存分配失败。

CVE中也有一些与之相关的漏洞信息,从2018年1月至2019年1月,CVE中就有2条相关漏洞信息。漏洞信息如下:

CVE 编号 概述
CVE-2018-6323 二进制文件描述符 (BFD) 库(也称为 libbfd)中头文件 elfcode.h 中的 elf_object_p() 函数(binutils-2.29.1 之前)具有无符号整数回绕,溢出的原因是没有使用 bfd_size_type 乘法。精心制作的 ELF 文件可能导致拒绝服务攻击。
CVE-2018-5848 Android on Google Pixel和Nexus是美国谷歌(Google)公司和开放手持设备联盟(简称OHA)共同开发的一套运行于Google Pixel和Nexus(智能手机)中并以Linux为基础的开源操作系统。Qualcomm WIGIG是其中的一个千兆无线WiFi组件。 Google Pixel 和 Nexus 设备上的 Android 中的 Qualcomm WIGIG存在 缓冲区溢出漏洞,该漏洞源于长度验证代码没有正确的处理无符号整数回绕的情况。攻击者可利用该漏洞可利用该漏洞执行任意代码或造成拒绝服务。

3、示例代码

本章节中使用示例代码来源于Samate Juliet Test Suite for C/C++ v1.3 (https://samate.nist.gov/SARD/testsuite.php),源文件名:CWE190_Integer_Overflow__unsigned_int_fscanf_multiply_01.c。

3.1缺陷代码

20-3-1代码.png

在上述示例代码中,第27行使用 fscanf() 函数从输入流(stream)中读入数据,并在第28行对读入数据的下限进行了限制,但并没有对 data 值的上限进行限制,当第31行进行 data*2 运算后赋值给 result,如果 data*2 的值超过了 UNIT_MAX,则会产生无符号整数回绕问题。

使用360代码卫士对上述示例代码进行检测,可以检出“无符号整数回绕”缺陷,显示等级为高。如图1所示:

20-3-1图.png

图1:无符号整数回绕的检测示例

3.2 修复代码

20-3-2代码.png

在上述修复代码中,Samate 给出的修复方式为:在第32行通过 if() 语句对 data 的最大值进行限制,从而避免了在第34行进行 data*2 操作时产生无符号整数回绕。

使用360代码卫士对修复后的代码进行检测,可以看到已不存在“无符号整数回绕”缺陷。如图2:

20-3-2图.png

图2:修复后检测结果


4 、如何避免无符号整数回绕

要避免无符号整数回绕,需要注意以下几点:

(1)当函数的参数类型为无符号整数时,需要对传入的参数的值进行有效判断,避免直接或者经过运算后产生回绕;

(2)不可信源的数据仍旧需要格外注意,应对来自不可信源的数据进行过滤和限制;

(3)使用源代码静态分析工具进行自动化的检测,可以有效的发现源代码中的无符号整数回绕问题。


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