【汇编杂项】关于_高级语言中 数组越界与汇编中 栈溢出的_联系的思考

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• 数组越界

　　　　数组越界，是刚开始学习编程时，就不断被别人提醒的一个点，“相当可怕”。获取不合理数值，造成程序异常or操作计算机重要内存，造成威胁。。。原因是什么呢？数组在汇编中以栈机制实现，其中内存分配的机制与数组越界的风险有很大关系。今天做个小实验，来简单探讨下这个。

• 代码

　　　　先展示问题代码

1 #include<stdio.h>
2 int main(){
3     int a[3]={0,1,2};
4     for(int i=0;i<=3;i++){
5         a[i]=0;
6         printf("test");  
7     }   
8     return 0;   
9 }    

　　　　诸君很容易看出，第4行for循环内的结束条件设置的显然有问题，数组a长度位3，显然下标只能到2，而循环中却做了一个对所谓a[3]的赋0操作，这就是常说的数组下标越界问题。

　　　　看一下，这个问题代码给我们带来了什么样的麻烦。。。

　　　　我编译出可执行文件，运行。。。瞬间屏幕被 “test” 字符串填满。。。

　　　　仅仅两三秒，就不知做了多少次循环了，计算机运算就是快/xyx/xyx/xyx，展示下页长。。。

　　　　显然，由于这个数组越界的问题，我们陷入了死循环，（疯狂ctrl+c，终于停了，如图）

• 思考

　　　　那。。。为什么会死循环？

　　　　汇编语言里找问题，用gcc拿出中间汇编文件，查看汇编代码（没有采用什么O1/O2的优化编译，所以以下仍含有栈帧的概念）。

 1         .file   "test.c"
 2         .intel_syntax noprefix
 3         .section        .rodata
 4 .LC0:
 5         .string "test"
 6         .text
 7         .globl  main
 8         .type   main, @function
 9 main:
10 .LFB0:
11         .cfi_startproc
12         push    rbp
13         .cfi_def_cfa_offset 16
14         .cfi_offset 6, -16
15         mov     rbp, rsp
16         .cfi_def_cfa_register 6
17         sub     rsp, 16
18         mov     DWORD PTR [rbp-16], 0
19         mov     DWORD PTR [rbp-12], 1
20         mov     DWORD PTR [rbp-8], 2
21         mov     DWORD PTR [rbp-4], 0
22         jmp     .L2
23 .L3:
24         mov     eax, DWORD PTR [rbp-4]
25         cdqe
26         mov     DWORD PTR [rbp-16+rax*4], 0
27         mov     edi, OFFSET FLAT:.LC0
28         mov     eax, 0
29         call    printf
30         add     DWORD PTR [rbp-4], 1
31 .L2:
32         cmp     DWORD PTR [rbp-4], 3
33         jle     .L3
34         mov     eax, 0
35         leave
36         .cfi_def_cfa 7, 8
37         ret
38         .cfi_endproc
39 .LFE0:
40         .size   main, .-main
41         .ident  "GCC: (GNU) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-16)"
42         .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

　　　　（杂鱼懒得删了，全贴，这是intel风格64位汇编代码，带诸君看）

　　　　开始分析，第11行到38行就是main函数了，.cfi_startproc和.cfi_endproc是调用框架指令，用来标记这是一段函数（这里涉及调用框架，诸君有兴趣自行探索）。

　　　　12行起到16行：一系列操作据说是函数调用框架的规范步骤，成为前序，就是为了调用main函数和函数返回的正常做的工作，这里不做深究。

　　　　我们看17行，将rsp（栈顶寄存器）减了16字节，这就是为下面的数组及变量开辟空间。接着四步就可以看出一次录入了 a[0],a[1],a[2],i 的值。接着jmp无条件跳转到 L2段。

　　　　！！！L2里就涉及到for循环的控制了，我们开始接近问题的本源了。cmp 操作数，用来比较 [rbp-4] (我们知道这里放的是变量i) 与3的大小，接着jle（什么jump when less or equal，差不多这样），若结果为小于等于则跳转到L3。

　　　　L3内，上来就把我们的i的值取了出来(因为后面依据下标取数组元素要用到)，接着cdqe是将32为寄存器拓展为64为寄存器rax。我们就从出问题的时间点来排查，假设这时i的值已为3(即下标已经越界了)，可是到了26行时 i 的值又被赋为了0，这一步其实对应 c 文件里for循环中 a[i] = 0; 这一步，但是这里由于栈帧中内存的分配导致越界后操作到了 i 的值。可想而知，程序的逻辑是for循环到 i==4(i<=3) 时结束，而每次 i一到 3 又被我们重置为 0，for循环又如何停止？？？所以就死循环了呗。

　　　　(附一张main栈帧的简图，方便诸君理解)

　　　　没错，分析到这里基本就没什么问题了，可是学习不止于此。。。

• 拓展

　　　　既然我们知道死循环是由于 i 变量被非法篡改了，导致无法满足 i>3 的截止条件，那么我们可不可以“将错就错”，使 i 的值被非法篡改为满足条件的值(比如4)

　　　　即 a[i]=0; ==> a[i]=4; 那么汇编就变为 mov DWORD PTR [rbp-16+rax*4],4 。（虽然没啥意义，但从侧面印证了，的确是 i 的值被篡改导致问题）

• 思考

　　　　幸而这里只是一个不那么紧要的变量被改，导致这个小小的程序出错。然而更多时候，这样的问题威胁更大：堆栈溢出！这是缓冲区溢出中危害较大的一种了，原理就是我们设计的程序并没有对接受的数据做长度的检查，导致该程序分配到的内存空间（栈区/缓冲区）放不下这么多内容，从而，这些数据被写入到其他不合理的内存空间，比如上图中返回地址，一旦被修改，下一条被执行的保不齐就是一条shellcode，系统被别人拿了特权；又或者恶意导致计算机宕机。。。（懂得不多，差不多也就了解到写。意在引起诸君对栈溢出的关注，无论是以后走安全，还是走马农，有良好的“意识”）

• 扯闲篇

　　　　关于CFI(函数调用框架),还是想扯点东西的，毕竟专门去了解了一堆，但是看网上人家都说现在都不用栈帧这些了，不知诸君想看不。。。

【汇编杂项】关于_高级语言中 数组越界与汇编中 栈溢出的_联系的思考

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