Buffer overflow là gì và vì sao chúng ta cần biết về khái niệm này? Trong thời đại mà mọi thứ đều có thể được kết nối qua mạng và dữ liệu ngày càng quan trọng thì các vấn đề an toàn thông tin lại càng được quan tâm. Một trong những nguy cơ phổ biến mà các nhà phát triển phải đối mặt trong lĩnh vực bảo mật là Buffer overflow. Vậy, tình trạng này nghĩa là gì?

Buffer Overflow là gì?

Buffer overflow (còn gọi là tràn bộ đệm hay quá tải bộ đệm) xảy ra khi lượng dữ liệu trong bộ đệm vượt quá khả năng lưu trữ của nó. Đây là khái niệm trong lĩnh vực máy tính và lập trình.

Bộ đệm (Buffer) là các khu vực lưu trữ trong bộ nhớ, tạm thời giữ dữ liệu trong quá trình chuyển từ một vị trí này sang vị trí khác. Buffer Overflow xảy ra khi lượng dữ liệu vượt quá khả năng lưu trữ của bộ đệm trong bộ nhớ. Kết quả là, chương trình cố gắng ghi dữ liệu vào bộ đệm và ghi đè lên các vị trí bộ nhớ kế cận.

Ví dụ: Nếu bạn có một ô nhớ tạm thời (buffer) chỉ chứa 8 ký tự và bạn cố gắng ghi 14 ký tự vào đó, 6 ký tự sẽ “tràn” ra ngoài và có thể làm hỏng hoặc thay đổi các thông tin quan trọng.

Tấn công Buffer Overflow là gì?

Một cuộc tấn công buffer overflow xảy ra khi một kẻ tấn công (hacker) tận dụng lỗi lập trình để thực hiện các hành động gây hại và xâm nhập vào hệ thống bị ảnh hưởng. Kẻ tấn công thay đổi execution path (con đường thực thi) của ứng dụng và ghi đè lên các phần của bộ nhớ.

“Execution path” là một thuật ngữ trong lĩnh vực lập trình để mô tả chuỗi các lệnh hoặc câu lệnh trong chương trình để máy tính thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Nó biểu thị dòng chảy của chương trình từ lệnh này đến lệnh khác trong quá trình thực thi. Hacker có thể thay đổi execution path và gây ra các vấn đề như mất dữ liệu hoặc tiết lộ dữ liệu.

Hệ quả của Buffer Overflow là gì?

Lỗ hổng buffer overflow là một lỗi trong phần mềm hoặc một vị trí bảo mật yếu của hệ thống máy tính, có thể bị kẻ tấn công sử dụng để xâm nhập vào hệ thống mà họ không được phép truy cập.

Những hậu quả của lỗ hổng buffer overflow có thể làm cho hệ thống không hoạt động và gây ra những hậu quả như:

Gây sự cố hệ thống

Buffer overflow có thể gây ra sự cố hệ thống bằng cách thay đổi dữ liệu trong bộ nhớ của chương trình và làm cho nó hoạt động không đúng cách hoặc thậm chí làm hỏng hệ thống. Trong một số trường hợp, buffer overflow có thể làm cho chương trình rơi vào vòng lặp vô hạn, nghĩa là nó không thể thoát ra khỏi một loạt lệnh hoặc hành động và không còn thể hiện phản hồi.

Làm hỏng dữ liệu

Một cuộc tấn công buffer overflow có thể cho phép kẻ tấn công thay đổi luồng thực thi của ứng dụng và ghi đè các phần tử của bộ nhớ, điều này sửa đổi đường dẫn thực thi của chương trình để làm hỏng các tệp hiện có hoặc tiết lộ dữ liệu. Dữ liệu bổ sung mà kẻ tấn công gửi cho chương trình sẽ chứa mã độc cho phép kẻ tấn công kích hoạt các hành động bổ sung và gửi các chỉ dẫn mới cho ứng dụng.

Đánh cắp thông tin

Khi buffer overflow xảy ra, kẻ tấn công có khả năng kiểm soát vùng bộ nhớ bị quá tải và truy cập, đọc, và đánh cắp thông tin quan trọng từ bộ nhớ của chương trình hoặc hệ thống. Những thông tin này có thể là dữ liệu nhạy cảm như tên, mật khẩu, thông tin cá nhân và dữ liệu quan trọng khác.

Mất quyền kiểm soát

Kẻ tấn công có thể chiếm quyền kiểm soát toàn bộ máy tính hoặc máy chủ, cho phép họ thực hiện các hành động xấu khác.

Để ngăn chặn lỗ hổng buffer overflow, các nhà phát triển cần phải viết mã an toàn hơn và kiểm tra dữ liệu đầu vào một cách cẩn thận để đảm bảo rằng bộ đệm không thể bị lợi dụng. Các biện pháp bảo mật như kiểm tra mã độc hại và tường lửa cũng cần được triển khai để bảo vệ khỏi cuộc tấn công này.

4 kiểu tấn công Buffer Overflow thường gặp

Hiện nay có nhiều kiểu tấn công Buffer overflow khác nhau. Các kỹ thuật khai thác lỗ hổng buffer overflow thay đổi tùy theo hệ điều hành (OS) và ngôn ngữ lập trình. Tuy nhiên, mục tiêu luôn là thao tác với bộ nhớ máy tính để làm suy yếu hoặc kiểm soát việc thực thi chương trình.

Một số loại tấn công bao gồm:

• Stack-based Buffer overflow
• Heap-based Buffer overflow
• Integer overflow
• Format string overflow

1. Stack-based buffer overflow

Stack-based buffer overflow là một loại tấn công xảy ra khi một chương trình ghi dữ liệu vào một địa chỉ bộ nhớ nằm ngoài giới hạn dữ liệu dự kiến trên stack của chương trình.

Trong lập trình, stack là một vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các biến cục bộ, địa chỉ trả về và thông tin quản lý luồng thực thi của chương trình. Stack hoạt động theo nguyên tắc “người vào sau ra trước,” nghĩa là các phần tử cuối cùng được đặt vào sẽ được lấy ra đầu tiên.

Một buffer là một vùng lưu trữ tạm thời dành cho dữ liệu khi chúng được chuyển giữa các vị trí khác nhau. Buffer thường có kích thước cố định và không thể thay đổi. Khi một chương trình nhận dữ liệu từ người dùng hoặc từ nguồn khác, nó sẽ lưu dữ liệu đó vào một buffer trên stack.

Stack-based buffer overflow xảy ra khi dữ liệu người dùng vượt quá kích thước của buffer, dẫn đến việc ghi đè lên các vùng bộ nhớ liền kề với buffer.

2. Heap-based Buffer overflow

Heap-based Buffer overflow là một loại tấn công bảo mật phần mềm mà kẻ tấn công sử dụng để xâm nhập vào hệ thống của một tổ chức mà không có quyền truy cập trái phép. Đây là loại tấn công xảy ra khi một chương trình ghi dữ liệu vào một địa chỉ bộ nhớ nằm ngoài giới hạn dữ liệu dự kiến trên heap của chương trình.

Heap là một khu vực bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ dữ liệu động. Heap hoạt động theo cơ chế “First In First Out”, nghĩa là phần tử được đưa vào trước sẽ lấy ra trước. Mỗi lần một chương trình yêu cầu cấp phát bộ nhớ, một khối heap (heap block) mới sẽ được tạo ra và chứa các thông tin của yêu cầu đó. Các dữ liệu được giải phóng từ heap trong quá trình thực thi và không có kích thước cố định như các biến tĩnh trên stack.

3. Integer overflow

Integer overflow là một lỗi xảy ra khi một biến kiểu số nguyên (integer) tràn qua giới hạn của kiểu dữ liệu của nó. Điều này xảy ra khi giá trị của biến vượt quá phạm vi tối đa mà kiểu dữ liệu số nguyên có thể biểu diễn. Trong hầu hết các ngôn ngữ lập trình, các giá trị số nguyên thường được cấp phát một số bit nhất định trong bộ nhớ.

Ví dụ: nếu bạn có một biến kiểu số nguyên 8-bit (byte) và bạn gán giá trị 255 cho nó, nó sẽ là giá trị tối đa mà kiểu dữ liệu 8-bit có thể biểu diễn. Nếu bạn thử tăng giá trị này lên thêm 1, biến sẽ tràn qua giới hạn và quay trở lại giá trị tối thiểu, tức là 0. Điều này gây ra một hiện tượng gọi là “integer wraparound” hoặc “integer overflow.”

Integer overflow có thể gây ra các vấn đề bảo mật và logic trong lập trình. Trong một số trường hợp, nó có thể dẫn đến hành vi không mong muốn của chương trình hoặc thậm chí là lỗ hổng bảo mật mà kẻ tấn công có thể lợi dụng để thực hiện các cuộc tấn công khác.

Để ngăn chặn integer overflow, người lập trình cần kiểm tra và đảm bảo rằng các phép toán số nguyên không vượt quá giới hạn của kiểu dữ liệu và xử lý nó một cách an toàn.

4. Format string overflow

Format string overflow (tràn định dạng chuỗi) là một lỗi bảo mật trong lập trình máy tính. Nó xảy ra khi một chương trình cho phép người dùng nhập dữ liệu mà sau đó được định dạng và hiển thị mà không kiểm tra cẩn thận. Khi người dùng nhập dữ liệu chứa các định dạng chuỗi, nó có thể gây ra tràn bộ đệm và làm hỏng dữ liệu hoặc thực hiện các hành động độc hại trong chương trình.

Ví dụ: Nếu một chương trình không kiểm tra đối số người dùng khi sử dụng hàm định dạng chuỗi (như printf trong C), người dùng có thể nhập một chuỗi định dạng đặc biệt để đọc hoặc ghi dữ liệu trong bộ nhớ của chương trình, hoặc thậm chí là thực hiện mã độc.

Để tránh format string overflow, người lập trình cần kiểm tra và xử lý cẩn thận dữ liệu đầu vào và không nên truyền trực tiếp dữ liệu người dùng vào hàm định dạng chuỗi mà không kiểm tra chúng trước.

Cách phòng tránh gặp lỗi Buffer Overflow

Để ngăn chặn buffer overflow, các nhà lập trình phải xác minh đầu vào một cách đúng đắn và đảm bảo rằng các bộ đệm đủ lớn để chứa dữ liệu dự kiến. Bên cạnh đó, các biện pháp bảo mật như ngăn chặn thực thi dữ liệu (DEP) và ngẫu nhiên hóa vị trí không gian địa chỉ (ASLR) có thể giúp bảo vệ khỏi các cuộc tấn công buffer overflow.

Ngoài ra, những cách giúp ngăn chặn buffer overflow là gì?

• Kiểm tra đầu vào: Hãy xác minh đầu vào từ người dùng hoặc từ nguồn bên ngoài trước khi chấp nhận nó. Đảm bảo rằng dữ liệu được cung cấp không vượt quá dung lượng đã được cấp phát cho bộ đệm và không chứa ký tự đặc biệt hoặc mã độc.
• Sử dụng ngôn ngữ có tích hợp bảo vệ: Sử dụng ngôn ngữ lập trình có tích hợp cơ chế bảo vệ khỏi buffer overflow như Java hoặc Python. Các ngôn ngữ này thường kiểm tra và quản lý bộ đệm một cách tự động.
• Sử dụng hệ thống bảo vệ: Các hệ điều hành hiện đại thường có các tính năng bảo vệ như Data Execution Prevention (DEP) và Address Space Layout Randomization (ASLR) để ngăn chặn buffer overflow. Hãy đảm bảo rằng các tính năng này được kích hoạt trên hệ thống của bạn.
• Sử dụng công cụ và phần mềm bảo mật: Sử dụng các công cụ bảo mật như tường lửa và hệ thống phát hiện xâm nhập để giám sát và ngăn chặn các cuộc tấn công buffer overflow.
• Cập nhật hệ thống và phần mềm: Tốt nhất là bạn nên cập nhật hệ thống và phần mềm vì các phiên bản cập nhật thường sửa các lỗi từ phiên bản trước, điều này giúp ngăn chặn việc hacker lợi dụng lỗ hổng để tấn công.
• Kiểm tra mã nguồn: Thực hiện kiểm tra mã nguồn (code review) để xác định và sửa các lỗ hổng tiềm năng có thể dẫn đến các cuộc tấn công buffer overflow.
• Sử dụng kiểm tra tự động: Sử dụng các công cụ kiểm tra tự động để tìm lỗ hổng buffer overflow trong mã nguồn của bạn và tự động hóa quy trình kiểm tra.

Khi kết hợp nhiều biện pháp, bạn có thể giảm nguy cơ bị tấn công buffer overflow và bảo vệ hệ thống của mình khỏi việc bị đánh cắp dữ liệu hoặc xảy ra lỗi nghiêm trọng.

Lời kết

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu buffer overflow là gì cũng như cách mà nó có thể gây hại cho hệ thống. Ngoài ra, VuiLaShare.Com cũng đã giới thiệu cho bạn một số cách có thể ngăn chặn được nguy cơ bị tấn công buffer overflow. Mong rằng với những kiến thức trên, bạn đã hiểu hơn về lỗi bảo mật này và đừng quên chia sẻ bài viết nếu thấy hay cho nhiều người cùng biết nhé!