Другим способом определения возможных ошибок программы служит реинжиниринг, который позволяет восстановить структурную схему программы и алгоритм ее работы. Для реинжиниринга требуется специальный программмный инструментарий: дизассемблеры и отладчики. Любая трансляция программы сопровождается потерей части исходного текста программы или его неочевидными преобразованиями. Другими словами, при трансляции программы исходный текст заменяется объектным кодом таким образом, что точное обратное восстановление исходного текста в большинстве случаев невозможно. Поэтому, основываясь только на результатах реинжиниринга, понять логику работы программы очень сложно.
И наконец, последний рассматриваемый способ – тестирование методом "черного ящика". Тестирование методом "черного ящика" позволяет определить зависимость между входными и выходными данными программы без выяснения ее внутреннего устройства. В некоторых случаях тестирование методом "черногоящика" – единственно возможный метод анализа программы на начальном этапе, в других – позволяет определить пути анализа программы, на которых следует сконцентрироваться.
В этой главе будут рассмотрены различные методы изучения уязвимости и показаны примеры их использования.
Суть методологии исследования уязвимости
Поясним простым языком, что понимается под методологией исследования уязвимости. Уязвимость – это нечто, что независимо от того, воспользовался ли ею кто-нибудь или нет, присутствует всюду, будь то микроконтроллер или суперкомпьютер. Исследование – процесс сбора информации, который может как привести, так и не привести к нахождению уязвимости. Методология - это обычно используемые на практике, рекомендуемые или признанные большинством профессионалов приемы и методы исследования уязвимостей.
Методы исследования уязвимостей по своей сути универсальны. Как домашний энтузиаст безопасности, так и корпоративные аудиторы безопасности в повседневной деятельности применяют одни и те же методы, один и тот же набор инструментальных средств. Диапазон применяемых средств широк: от шестнадцатеричных редакторов до дизассемблеров кода. Методы могут быть как эмпирическими, основанными на счастливой догадке, так и научно обоснованными на основе фундаментальных знаний. Некоторые из этих методов могут показаться хаотичными, в то время как другие – детализированными, строго регламентирующими последовательность выполняемых при исследовании действий. Новичок может предпочесть последние методы, в то время как закаленные исследователи с большим опытом программирования в большей степени полагаются на свою интуицию. Причина выбора тех или иных методов кроется в личном предпочтении исследователя.
...
Примечание
В практике обеспечения безопасности используется ряд схем исследования уязвимостей, которые предусматривают различные методы исследования. Некоторые предпочитают детализированные методичные методы пошагового аудита программ, а другие – методы, в которых последовательность выполняемых действий напоминает "белый шум".
Выбор субъективен и целиком определяется предпочтениями исследователя. Уже говорилось о широком распространении программных средств определения уязвимостей и аудита программного обеспечения. Некоторые из них по своим возможностям аналогичны Web CGI или SQL Database. Другие, как, например, Bugzilla, предоставляют ряд дополнительных возможностей, включая прекрасный интерфейс, ведение учетных записей пользователя, идентификаторов ошибок и их отслеживание.
Следует сказать, что для анализа различных типов данных требуются разные методы исследования. Для анализа двоичных данных требуется совершенно иной подход, чем для анализа исходного текста программы. Поэтому рассмотрим эти два подхода отдельно друг от друга.
Анализ исходного текста программы
Анализ исходного текста программы предполагает экспертизу текста программы на предмет ошибок. Программа может быть написана на языках C, Perl, Java, C++, ASP, PHP и им подобных. Обычно аудит исходного текста программы начинается с поиска потенциально небезопасных функций, или, другими словами, функций, подверженных ошибкам.
Поиск подверженных ошибкам функций
Аудит исходного текста программы осуществляется различными способами. Прежде всего это поиск потенциально небезопасных функций при помощи различных утилит поиска, например grep.
Следует обратить внимание на использование функций языка C strcpy и sprintf. Злоумышленник часто их применяет, пытаясь добиться переполнения буфера из-за отсутствия или неверного выполнения проверки принадлежности адресов диапазону правильных адресов памяти. Использование других функций, как, например, mktemp, может привести к перезаписи файлов в результате конкуренции программ, содержащих функцию, или к повышению привилегий.
Построчная экспертиза исходного текста
Один из методов анализа исходного теста программы – построчная экспертиза программы в соответствии с алгоритмом ее выполнения. Это более тщательное изучение программы, на которое уходит больше времени.
Согласно этому методу от исследователя требуется просмотреть исходный текст программы в соответствии с гипотетической последовательностью ее выполнения. Гипотетическая последовательность выполнения отражает различные условия выполнения программы, определяемые ее входными данными. Ход выполнения программы визуально прослеживается исследователем, мысленно отслеживающим обработку данных различными функциями по мере их вызова программой.
Анализ различий
Анализ различий – метод определения уязвимостей программы, который применяется, если производитель сообщил об уязвимости, не детализируя ее сути. С помощью этого метода определяется, был ли изменен файл программы, a если был, то где именно.
diff – одна из лучших утилит, реализующая рассматриваемый метод. Она поставляется с большинством версий операционных систем UNIX и благодаря Фонду свободно распространяемого программого обеспечения (Free Software Foundation) реализована на многих платформах. diff сравнивает две копии данных и отображает любые различия между ними, то есть она позволяет найти различия в двух исходных файлах программ и их местонахождение.
Обычно метод различий применяется для уточнения сути и последствий уязвимости, о которой производитель опубликовал какие-либо детали. Например, в оперативных сообщениях об обновлении программного обеспечения часто содержатся неопределенные детали обновления программ, которые могут оказать влияние на их безопасность, как это было продемонстрировано последним сообщением об обновлении программы axspawn.
Про патч уязвимости было заявлено, что он исправляет возможную ошибку переполнения буфера. При этом ни слова не было сказано о каких-либо подробностях. Детали прояснились после сравнения версий 0.2.1 и 0.2.1a программы при помощи утилиты diff:
elliptic@ellipse:~$ diff axspawn-0.2.1/axspawn.c axspawn-
0.2.1a/axspawn.c
491c491
< envc = 0;
–
> envc = 0;
493c493
< sprintf(envp[envc++], "AXCALL=%s", call);
–
> sprintf(envp[envc++], "AXCALL=%.22s", call);
495c495
< sprintf(envp[envc++], "CALL=%s", (char *)user);
–
> sprintf(envp[envc++], "CALL=%.24s", (char
*)user); 497c497
< sprintf(envp[envc++], "PROTOCOL=%s", protocol);
–
> sprintf(envp[envc++], "PROTOCOL=%.20s",
protocol); 500c500
< envp[envc] = NULL;
–
> envp[envc] = NULL;
Видно, что в первой версии программы axspawn.c используется функция sprintf без всяких ограничений на длину выводимой строки данных, а во второй – введено ограничение на длину выводимой строки в спецификации преобразования. В некоторых случаях производитель может выпустить патч, который будет сообщать отличия между двумя версиями программы. Обычно такие патчи выпускаются для операционных систем типа BSD (BSD – Berkeley Software Design Incorporated – компания-разработчик программного обеспечения), например FreeBSD. В январе 2002 года была найдена уязвимость в пакете инструментальных средств операционной системы FreeBSD. До ее устранения пользователь мог извлечь данные во временную директорию и изменить их. До тех пор, пока уязвимость не была всесторонне изучена, патч pkg_add сообщал точное местонахождение уязвимости:
– usr.sbin/pkg_install/lib/pen.c 17 May 2001 12:33:39 -0000
+++ usr.sbin/pkg_install/lib/pen.c 7 Dec 2001 20:58:46 -0000
@@ -106,7 +106,7 @@
cleanup(0);
errx(2, __FUNCTION__ ": can’t mktemp "%s"", pen);
}
– if (chmod(pen, 0755) == FAIL) {
+ if (chmod(pen, 0700) == FAIL) {
cleanup(0);
errx(2, __FUNCTION__ ": can’t mkdir "%s"", pen);
}
Удаляемая патчем часть исходного текста обозначена знаком минус (-), а добавляемая – знаком плюс (+). Можно увидеть, что часть исходного текста, содержащая код создания директории с разрешениями 0755, заменяется на код, создающий директорию с разрешениями 0700.
Следует признать, что исследование уязвимости не всегда бывает таким простым. Рассмотрим анализ выполнимого кода программы.
Анализ двоичного кода
Первое, что приходит на ум при исследовании уязвимостей, – аудит исходного текста программы. Тем не менее в большинстве случаев анализ двоичного кода – единственно возможный метод поиска уязвимостей. Благодаря появлению движения за открытые исходные тексты программ и проекта создания свободно распространяемого программного обеспечения GNU License получить исходные тексты программ стало намного проще. Но не все производители поддержали открытый обмен исходными текстами. К тому же большая часть программного обеспечения по-прежнему поставляется без исходных текстов.
Трассировка двоичного кода
Один из методов определения потенциальных уязвимостей заключается в трассировке выполнения программы. Для трассировки используется различный инструментарий. Для этой цели в системе Solaris применяется специальный пакет программ truss компании Sun. В других операционных системах используются аналогичные программы, например strace для Linux.
Трассировка выполнения программы позволяет наблюдать за ее взаимодействием с операционной системой. Используемые программой переменные окружения могут быть исследованы в соответствии с режимами ее работы. Дополнительно при трассировке программы можно просмотреть используемые программой адреса памяти и получить другую полезную информацию о возможных проблемах в каких-либо частях программы.
Использование трассировки позволяет определить, где и когда проявится уязвимость в исследуемой программе.
Отладчики
Применение отладчиков – еще один способ поиска уязвимостей. Отладчики позволяют выявить ошибки программы во время ее выполнения. На практике применяются различные отладчики. Gnu Debugger (GDB) – один из наиболее известных среди них.
Отладчики могут управлять работой программы во время ее выполнения. С помощью отладчика может быть выполнена как вся программа целиком, так и ее часть. Отладчик может отображать содержимое регистров, память по указанным адресам и другую полезную для поиска уязвимостей информацию.
Аудит документации
Другой способ аудита двоичного кода заключается в анализе принятых соглашений и документов по разработке программ (которые не следует путать с исходным кодом программ). Материалы по разработке программ обычно представляются в виде диаграмм, информационных листов или спецификаций, как, например, RFC (Requests for Comments – запросы на комментарии, серия документов IETF, первые упоминания о которой относятся к 1969 году. Документы этой серии содержат описания протоколов Internet и связанную с ними информацию).
Анализ программ на основе протокола спецификации может привести к различным выводам. Этот тип исследования заключается не только в установлении соответствия анализируемой программы спецификациям проектирования, но и в детальном анализе проблемных ситуаций в ней. Воспользовавшись результатами исследования основополагающих принципов построения протокола, например Telnet или POP3, можно протестировать службу, написанную на основе выбранного протокола, на предмет ее соответствия протоколу. Рассматривая ранее изученные классы атак на выбранные части реализации протокола (атаки, нацеленные на переполнение буфера или ошибки форматирующей строки), можно написать программу, демонстрирующую найденную уязвимость.
Анализаторы
Последний, заслуживающий внимания метод поиска уязвимостей – это применение анализаторов. Анализаторы – это инструмент исследования уязвимостей, который применяется как средство поиска неисправностей или для отладки. Другими словами, анализаторы – это модули проверки текущего состояния программы. К сожалению, цели применения анализаторов могут быть разными.
Анализаторы могут применяться для контроля взаимодействия между системой и ее пользователями. С их помощью можно графически отображать происходящие в работе программы события, например генерацию последовательности чисел. Они также позволяют контролировать работу программ общего шлюзового интерфейса, определять предназначение программ CGI и даже собирать информацию о критических ошибках проектирования этих программ.
Анализаторы применяются совместно с ранее упомянутым аудитом документации проектирования. С их помощью проводятся исследования Web-интерфейсов или других сетевых протоколов, которые хотя и не являются общепризнанными стандартами, но широко используются.
Значение экспертизы исходного текста программы
Аудит исходных текстов программы должен быть предусмотрен при установке любой системы. Аудит исходных текстов предполагает поиск потенциально опасных (подверженных ошибкам) функций и методологии построчного анализа исходных текстов программы. Часто это затруднено из-за того, что исходный текст программы размещается в нескольких файлах, а не в одном. Например, исходный текст почтовых транспортных агентов, Web-серверов и им подобных программ может быть размещен в нескольких исходных файлах, файлах заголовков, сборочных файлах проекта и в нескольких директориях.
Поиск функций, подверженных ошибкам
Рассмотрим подробнее поиск функций, подверженных ошибкам. Подобный поиск может осуществляться различными способами. Один их них заключается в том, чтобы в редакторе открыть каждый файл исходного текста программы и в нем средствами поиска редактора искать подверженную ошибкам функцию. Скорее всего, на это уйдет много времени. Целесообразнее и эффективнее использовать утилиту grep.
Рассмотрим несколько простых примеров уязвимостей, которые могут быть найдены в исходном тексте программы в результате поиска функций, подверженных ошибкам.
Переполнение буфера
Переполнение буфера, известное также как ошибка граничных условий, происходит в том случае, когда размер записываемых в память данных превышает размер выделенной для этого области памяти. Елиас Леви (Elias Levy), известный как Alephl, написал на эту тему статью "Smashing the Stack for Fun and Profit" ("Разрушение стека для забавы и обогащения"). Со статьей можно ознакомиться в 49-ом выпуске Phrack, статья номер 14.
Посмотрите на следующую программу:
/* scpybufo.c */
/* Hal Flynn <mrhal@mrhal.com> */
/* December 31, 2001 */
/* scpybufo.c demonstrates the problem */
/* with the strcpy() function which */
/* is part of the c library. This */
/* program demonstrates strcpy not */
/* sufficiently checking input. When */
/* executed with an 8 byte argument, a */
/* buffer overflow occurs. */
#include <stdio.h>
#include <strings.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
overflow_function(*++argv);
return (0);
}
void overflow_function(char *b)
{
char c[8];
strcpy(c, b);
return;
}
В этой написанной на языке C программе приведен пример использования функции strcpy. Данные из массива argv [1], в котором хранится аргумент вызова программы, копируются функцией strcpy в массив символов, для которого при объявлении была выделена память для восьми символов. Поскольку в программе не выполняется никаких проверок размера пересылаемых данных, то при копировании более восьми символов происходит переполнение буфера. Функция sprintf - еще один пример часто встречающейся подверженной ошибкам функции. В результате ее применения возможно переполнение буфера, как это показано в следующем примере:
/* sprbufo.c */
/* Hal Flynn <mrhal@mrhal.com> */
/* December 31, 2001 */
/* sprbufo.c demonstrates the problem */
/* with the sprintf() function which */
/* is part of the c library. This */
/* program demonstrates sprintf not */
/* sufficiently checking input. When */
/* executed with an argument of 8 bytes */
/* or more a buffer overflow occurs. */
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
overflow_function(*++argv);
return (0);
}
void overflow_function(char *b)
{
char c[8];
sprintf(c, "%s", b);
return;
}
Как и в предыдущем примере, строка символов аргумента программы копируется в восьмибайтовый массив символов. Поскольку при копировании из argv [1] не выполняется никаких проверок на соответствие размера пересылаемых данных размеру памяти, в которую выполняется копирование, то в результате возможно переполнение буфера. Применение функции strcat без проверки размера обрабатываемых данных также может привести к переполнению буфера, как это видно из следующего примера:
/* scatbufo.c */
/* Hal Flynn <mrhal@mrhal.com> */
/* December 31, 2001 */
/* scatbufo.c demonstrates the problem */
/* with the strcat() function which */
/* is part of the c library. This */
/* program demonstrates strcat not */
/* sufficiently checking input. When */
/* executed with a 7 byte argument, a */
/* buffer overflow occurs. */
#include <stdio.h>
#include <strings.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
overflow_function(*++argv);
return (0);
}
void overflow_function(char *b)
{
char c[8] = "0";
strcat(c, b);
return;
}