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 Address Space Layout Randomization（ASLR）是一種操作系統(tǒng)用來抵御緩沖區(qū)溢出攻擊的內(nèi)存保護機制。這種技術(shù)使得系統(tǒng)上運行的進程的內(nèi)存地址無法被預(yù)測，使得與這些進程有關(guān)的漏洞變得更加難以利用。

ASLR 目前在 Linux、Windows 以及 MacOS 系統(tǒng)上都有使用。其最早出現(xiàn)在 2005 的 Linux 系統(tǒng)上。2007 年，這項技術(shù)被 Windows 和 MacOS 部署使用。盡管 ASLR 在各個系統(tǒng)上都提供相同的功能，卻有著不同的實現(xiàn)。

ASLR 的有效性依賴于整個地址空間布局是否對于威脅者保持未知。此外，只有編譯時作為位置無關(guān)可執(zhí)行文件Position Independent Executable（PIE）的可執(zhí)行程序才能得到 ASLR 技術(shù)的最大保護，因為只有這樣，可執(zhí)行文件的所有代碼節(jié)區(qū)才會被加載在隨機地址。PIE 機器碼不管絕對地址是多少都可以正確執(zhí)行。

ASLR 的局限性

盡管 ASLR 使得對系統(tǒng)漏洞的利用更加困難了，但其保護系統(tǒng)的能力是有限的。理解關(guān)于 ASLR 的以下幾點是很重要的：

• 它不能解決漏洞，而是增加利用漏洞的難度
• 并不追蹤或報告漏洞
• 不能對編譯時沒有開啟 ASLR 支持的二進制文件提供保護
• 不能避免被繞過

ASLR 是如何工作的

通過對攻擊者在進行緩沖區(qū)溢出攻擊時所要用到的內(nèi)存布局中的偏移做了隨機化，ASLR 加大了攻擊成功的難度，從而增強了系統(tǒng)的控制流完整性。

通常認為 ASLR 在 64 位系統(tǒng)上效果更好，因為 64 位系統(tǒng)提供了更大的熵（可隨機的地址范圍）。

ASLR 是否正在你的 Linux 系統(tǒng)上運行？

下面展示的兩條命令都可以告訴你的系統(tǒng)是否啟用了 ASLR 功能：

$ cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
2
$ sysctl -a --pattern randomize
kernel.randomize_va_space = 2

上方指令結(jié)果中的數(shù)值（2）表示 ASLR 工作在全隨機化模式。其可能為下面的幾個數(shù)值之一：

0 = Disabled
1 = Conservative Randomization
2 = Full Randomization

如果你關(guān)閉了 ASLR 并且執(zhí)行下面的指令，你將會注意到前后兩條 ldd 的輸出是完全一樣的。ldd 命令會加載共享對象并顯示它們在內(nèi)存中的地址。

$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0    <== disable
[sudo] password for shs:
kernel.randomize_va_space = 0
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffff7fd1000) <== same addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007ffff7c69000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007ffff7c63000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ffff7a79000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ffff7fd3000)
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffff7fd1000) <== same addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007ffff7c69000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007ffff7c63000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ffff7a79000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ffff7fd3000)

如果將其重新設(shè)置為 2 來啟用 ASLR，你將會看到每次運行 ldd，得到的內(nèi)存地址都不相同。

$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2    <== enable
[sudo] password for shs:
kernel.randomize_va_space = 2
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007fff47d0e000) <== first set of addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007f1cb7ce0000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007f1cb7cda000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f1cb7af0000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f1cb8045000)
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffe1cbd7000) <== second set of addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007fed59742000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007fed5973c000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fed59552000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fed59aa7000)

嘗試繞過 ASLR

盡管這項技術(shù)有很多優(yōu)點，但繞過 ASLR 的攻擊并不罕見，主要有以下幾類：

• 利用地址泄露
• 訪問與特定地址關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)
• 針對 ASLR 實現(xiàn)的缺陷來猜測地址，常見于系統(tǒng)熵過低或 ASLR 實現(xiàn)不完善。
• 利用側(cè)信道攻擊

總結(jié)

ASLR 有很大的價值，尤其是在 64 位系統(tǒng)上運行并被正確實現(xiàn)時。雖然不能避免被繞過，但這項技術(shù)的確使得利用系統(tǒng)漏洞變得更加困難了。這份參考資料可以提供 在 64 位 Linux 系統(tǒng)上的完全 ASLR 的有效性 的更多有關(guān)細節(jié)，這篇論文介紹了一種利用分支預(yù)測 繞過 ASLR 的技術(shù)。