[發(fā)明專利]棧幀地址隨機(jī)化方法及相關(guān)設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010904467.4
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN112000484A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王艷偉;鄒仕洪;張廣偉;黃浩東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京元心科技有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F21/52
• 代理公司: 北京市立方律師事務(wù)所 11330
• 代理人: 張筱寧

本申請?zhí)峁┝艘环N棧幀地址隨機(jī)化方法及相關(guān)設(shè)備，涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域；該方法包括：獲取進(jìn)程創(chuàng)建時分配的初始棧頂?shù)刂放c配置的隨機(jī)化范圍值；確定隨機(jī)化因子；基于初始棧頂?shù)刂贰㈦S機(jī)化范圍值與隨機(jī)化因子確定隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂贰１旧暾埧蓱?yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)程初始化時棧幀地址的隨機(jī)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，本申請涉及一種棧幀地址隨機(jī)化方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)

緩沖區(qū)溢出(buffer overflow)，是針對程序設(shè)計的缺陷，向程序輸入使緩沖區(qū)溢出的內(nèi)容(通常是超過緩沖區(qū)能保存的最大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù))，從而破壞程序運(yùn)行、在程序運(yùn)行中斷時獲取程序乃至系統(tǒng)的控制權(quán)。通過緩沖區(qū)溢出來攻擊操作系統(tǒng)的行為嚴(yán)重威脅著操作系統(tǒng)的安全，目前基于緩沖區(qū)溢出進(jìn)行攻擊主要有兩類：一是在程序的地址空間里植入惡意代碼并使之運(yùn)行；二是修改棧幀返回地址的內(nèi)容，通過返回庫函數(shù)(return-to-library)指向不安全的庫函數(shù)并運(yùn)行。

現(xiàn)有技術(shù)中，針對上述第一類攻擊，在硬件技術(shù)中，通過使被攻擊程序的數(shù)據(jù)段地址空間不可執(zhí)行，從而使得攻擊者無法執(zhí)行被植入攻擊程序輸入緩沖區(qū)的惡意代碼；在軟件技術(shù)中，利用GCC編譯器的stack guard棧保護(hù)檢測棧緩沖區(qū)溢出。針對第二類攻擊，采用地址空間布局隨機(jī)化(Address space layout randomization，ASLR)技術(shù)，對共享庫、可執(zhí)行程序、堆、棧等進(jìn)行隨機(jī)，增加攻擊者猜測庫函數(shù)地址的難度。

嵌入式系統(tǒng)相對于其他大型系統(tǒng)而言存在以下問題：一是嵌入式微控制器(Micro-controller Unit，MCU)沒有硬件的內(nèi)存管理單元(Memory Manage Unite，MMU)，代碼均運(yùn)行在物理地址上，地址空間不能隨機(jī)化；二是嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)一起編譯成一個單一的鏡像，沒有共享庫，運(yùn)行時鏡像加載到固定的地址上，除了棧，其他均不能進(jìn)行隨機(jī)化。然而，現(xiàn)有技術(shù)中并未提供有效地在嵌入式系統(tǒng)中引入棧幀地址隨機(jī)化的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的目的旨在至少能解決上述的技術(shù)缺陷之一，特提出以下技術(shù)方案：

第一方面，提供了一種棧幀地址隨機(jī)化方法，所述方法包括：獲取進(jìn)程創(chuàng)建時分配的初始棧頂?shù)刂放c配置的隨機(jī)化范圍值；確定隨機(jī)化因子；基于所述初始棧頂?shù)刂贰㈦S機(jī)化范圍值與隨機(jī)化因子確定隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂贰?/p>

可選地，所述獲取進(jìn)程創(chuàng)建時分配的初始棧頂?shù)刂放c配置的隨機(jī)化范圍值之前，還包括：根據(jù)進(jìn)程創(chuàng)建時的參數(shù)確定是否進(jìn)行棧頂?shù)刂返碾S機(jī)化處理；在確定進(jìn)行隨機(jī)化處理時，執(zhí)行所述獲取進(jìn)程創(chuàng)建時分配的初始棧頂?shù)刂放c配置的隨機(jī)化范圍值步驟。

可選地，所述確定隨機(jī)化因子，包括：判斷是否存在真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；若存在，采用所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成第一隨機(jī)數(shù)作為隨機(jī)化因子；若不存在，基于系統(tǒng)中的隨機(jī)事件數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的隨機(jī)函數(shù)確定隨機(jī)化因子。

可選地，所述基于系統(tǒng)中的隨機(jī)事件數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的隨機(jī)函數(shù)確定隨機(jī)化因子，包括：基于系統(tǒng)中的隨機(jī)事件數(shù)據(jù)生成隨機(jī)修正值；結(jié)合所述隨機(jī)修正值與隨機(jī)函數(shù)生成第二隨機(jī)數(shù)作為隨機(jī)化因子；其中，所述隨機(jī)事件數(shù)據(jù)包括表征當(dāng)前中斷的次數(shù)、當(dāng)前的溫度值、當(dāng)前的電壓值中至少一項(xiàng)的數(shù)據(jù)。

可選地，所述基于所述初始棧頂?shù)刂贰㈦S機(jī)化范圍值與隨機(jī)化因子確定隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂罚ǎ簩⑺鲭S機(jī)化范圍值與隨機(jī)化因子進(jìn)行取余處理，確定第一隨機(jī)值；基于所述第一隨機(jī)值與棧寄存器所占字節(jié)確定第二隨機(jī)值；基于所述初始棧頂?shù)刂放c所述第二隨機(jī)值確定隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂贰?/p>

可選地，當(dāng)所述進(jìn)程為動態(tài)創(chuàng)建的進(jìn)程時，所述方法還包括：基于所述隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂丰尫艃?nèi)存。

第二方面，提供了一種棧幀地址隨機(jī)化裝置，包括：獲取模塊，用于獲取進(jìn)程創(chuàng)建時分配的初始棧頂?shù)刂放c配置的隨機(jī)化范圍值；第一確定模塊，用于確定隨機(jī)化因子；第二確定模塊，用于基于所述初始棧頂?shù)刂贰㈦S機(jī)化范圍值與隨機(jī)化因子確定隨機(jī)化后的棧頂?shù)刂贰?/p>