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[28610] 2020-09-27_整数溢出错误

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2020-09-27_整数溢出错误 整 数 溢 出 错 误 Z b i g n i e w   B a n a c h   O t s 安 全   2 0 2 0 - 0 9 - 2 7 当 程 序 尝 试 存 储 对 于 声 明 的 整 数 类 型 而 言 太 大 的 整 数 值 时 ， 将 发 生 整 数 溢 出 。 这 是 一 种 算 术 溢 出 错 误 ， 不 仅 会 导 致 错 误 的 结 果 和 系 统 不 稳 定 ， 还 会 导 致 缓 冲 区 溢 出 ， 并 为 攻 击 者 提 供 了 切 入 点 。 让 我 们 看 看 为 什 么 可 能 发 生 整 数 溢 出 错 误 ， 它 们 怎 么 可 能 很 危 险 ， 以 及 如 何 防 止 它 们 。 为 什 么 发 生 整 数 溢 出 在 最 基 本 的 级 别 上 ， 当 算 术 运 算 的 结 果 需 要 比 目 标 变 量 更 多 的 位 时 ， 将 发 生 整 数 溢 出 。 例 如 ， 您 可 以 存 储 在 3 2 位 无 符 号 整 数 变 量 中 的 最 大 数 字 是 4 , 2 9 4 , 9 6 7 , 2 9 5 。 用 十 六 进 制 表 示 是 ， 在 这 里 您 可 以 清 楚 地 看 到 所 有 字 节 已 经 具 有 最 大 值 （ 即 ， 所 有 3 2 位 都 已 设 置 ） 。 如 果 您 有 一 个 计 算 得 出 的 数 字 较 大 ， 则 结 果 的 所 有 位 都 不 适 合 该 数 据 类 型 的 3 2 位 可 用 ， 并 且 会 出 现 溢 出 。 整 数 溢 出 情 况 下 的 行 为 取 决 于 硬 件 ， 编 译 器 和 编 程 语 言 。 在 大 多 数 现 代 系 统 中 ， 该 值 实 际 上 并 不 会 溢 出 到 相 邻 的 存 储 位 中 ， 而 是 使 用 模 运 算 将 其 包 裹 或 截 断 以 适 合 该 变 量 。 对 于 无 符 号 整 数 ， 这 通 常 意 味 着 保 留 最 低 有 效 位 （ 对 于 3 2 位 ， 这 将 是 十 进 制 值 的 最 后 1 0 位 ） ， 实 际 上 将 结 果 环 绕 在 零 附 近 。 例 如 ， 如 果 您 有 一 个 带 有 最 大 值 的 3 2 位 整 数 （ 无 符 号 ） 并 将 其 递 增 4 2 ， 则 可 能 会 得 到 4 , 2 9 4 , 9 6 7 , 2 9 5   +   4 2   = 4 1 。 在 某 些 专 用 硬 件 （ 例 如 信 号 处 理 器 ） 中 ， 没 有 环 绕 或 截 断 在 这 些 情 况 下 – 最 大 值 仅 限 于 最 大 可 表 示 的 正 数 。 0 x F F F F F F F F
对 于 有 符 号 整 数 类 型 ， 由 于 以 二 进 制 表 示 负 数 的 方 式 ， 事 情 变 得 更 加 奇 怪 。 因 为 有 符 号 整 数 的 最 左 位 仅 对 于 负 数 为 1 ， 所 以 当 正 值 溢 出 时 ， 它 实 际 上 可 能 变 为 负 数 。 如 果 负 值 变 得 小 于 当 前 有 符 号 类 型 的 最 小 值 ， 则 会 出 现 下 溢 – 负 值 上 溢 。 攻 击 者 如 何 利 用 整 数 溢 出 由 于 它 们 的 不 确 定 行 为 ， 众 所 周 知 ， 整 数 上 溢 和 下 溢 错 误 很 难 调 试 。 它 们 往 往 发 生 在 非 常 特 定 的 情 况 下 ， 并 且 可 能 会 静 默 地 返 回 不 正 确 的 结 果 ， 尤 其 是 在 与 签 名 错 误 结 合 时 。 例 如 ， 计 数 器 变 量 可 以 初 始 化 为 - 1 ， 并 在 每 次 读 取 之 前 递 增 ， 这 在 理 论 上 意 味 着 它 应 始 终 为 0 或 正 值 。 如 果 出 现 问 题 ， 并 且 计 数 器 仍 为 负 数 时 将 其 强 制 转 换 为 无 符 号 整 数 ， 则 您 可 能 会 得 到 一 个 从 4 , 2 9 4 , 9 6 7 , 2 9 5 向 下 计 数 而 不 是 从 0 向 上 计 数 的 计 数 器 。 根 据 使 用 结 果 的 位 置 ， 这 种 错 误 的 计 算 可 能 导 致 从 奇 怪 的 错 误 消 息 到 航 天 器 坠 毁 的 任 何 事 情 。 但 是 ， 除 了 直 接 后 果 外 ， 整 数 溢 出 还 可 以 为 攻 击 提 供 起 点 。 如 果 将 来 自 用 户 输 入 的 整 数 用 作 缓 冲 区 大 小 ， 则 攻 击 者 可 能 能 够 操 纵 这 些 值 以 导 致 缓 冲 区 溢 出 ， 从 而 可 能 导 致 任 意 代 码 执 行 。 此 类 漏 洞 通 常 涉 及 直 接 在 内 存 缓 冲 区 上 运 行 的 C   /   C   + + 程 序 。 防 止 整 数 溢 出 情 况 因 为 整 数 溢 出 仅 发 生 在 有 效 代 码 中 的 特 定 操 作 数 值 上 ， 所 以 防 止 它 们 发 生 的 唯 一 可 靠 方 法 是 对 理 论 上 可 能 会 出 现 溢 出 值 的 每 个 整 数 操 作 使 用 溢 出 检 查 或 值 完 整 性 测 试 。 您 可 以 为 此 使 用 内 置 的 编 译 器 函 数 或 外 部 库 。 使 用 适 当 的 大 整 数 类 型 也 很 重 要 ， 特 别 是 如 果 将 操 纵 大 数 的 话 。 在 P y t h o n 之 类 的 编 程 语 言 中 ， 数 字 变 量 的 内 部 类 型 会 自 动 调 整 以 匹 配 它 们 的 值 ， 从 而 防 止 了 基 本 整 数 溢 出 。
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