Buffer Overflows & Exploit Development

Einführung: Was ist ein Buffer Overflow?

Ein Buffer Overflow entsteht, wenn ein Programm mehr Daten in einen Speicherbereich (Buffer) schreibt, als vorgesehen. Die überflüssigen Daten überschreiben benachbarte Speicherbereiche, möglicherweise auch Kontrolldaten wie Rücksprungadressen.

Diese Schwachstelle tritt häufig in C/C++ Programmen auf, wenn Funktionen wie gets(), strcpy() oder sprintf() verwendet werden.

Technischer Hintergrund – Stack-Funktion

Der Stack speichert lokale Variablen, Rücksprungadressen und alte Register. Er wächst im Speicher von oben nach unten.

  [ Puffer (z.B. 64 Bytes) ]
  [ gespeicherter Frame-Pointer ]
  [ Rücksprungadresse ]
      

Ein Buffer Overflow zielt darauf ab, mehr als die vorgesehenen Bytes zu schreiben, um die Rücksprungadresse zu überschreiben.

Exploit-Kette

Ziel ist es, den Programmfluss umzuleiten, indem man die Rücksprungadresse überschreibt. Schritte:

1. Schwachstelle finden
2. Offset zur Rücksprungadresse bestimmen
3. Zieladresse (Funktion oder Shellcode) ermitteln
4. Payload bauen und das Programm zur Ausführung bringen

Hands-on: Exploit-Demo

  #include <stdio.h>
  #include <string.h>
  
  void secret() { system("/bin/sh"); }
  void vulnerable() { char buffer[64]; gets(buffer); }
  
  int main() { vulnerable(); return 0; }
      

Kompilieren:

gcc -fno-stack-protector -z execstack -no-pie bof.c -o bof

Overflow provozieren:

python3 -c "print('A'*80)" | ./bof

Mit GDB Adresse von secret() herausfinden und in Little Endian formatieren.
Payload: 72 Bytes Füllung + Adresse von secret().

Schutzmechanismen

• Stack Canaries: Marker vor Rücksprungadresse
• ASLR: Zufällige Speicheradressen
• DEP: Stack nicht ausführbar
• PIE: Position unabhängige Binärdateien

Viele Schutzmaßnahmen lassen sich z. B. mit ROP-Techniken umgehen.

Reale Beispiele

• Morris Worm (1988): Buffer Overflow im 'finger'-Daemon
• Code Red (2001): Microsoft IIS Exploit
• Blaster Worm (2003): Windows RPC Buffer Overflow

Diese Vorfälle zeigen, wie kritisch diese Schwachstellen auch heute noch sind.

Erweiterte Techniken

• ROP (Return-Oriented Programming): Nutzung existierender Code-Schnipsel (Gadgets)
• Return-to-libc: Aufruf von system("/bin/sh") über libc
• Heap Overflows: Angriffe auf dynamisch allokierten Speicher

Tools: pwndbg, radare2, Ghidra, IDA Pro, pwntools

Fazit & Erkenntnisse

• Buffer Overflows sind einfach, aber mächtig
• Schutzmechanismen machen Angriffe schwerer, aber nicht unmöglich
• C-Programme müssen sicher programmiert werden
• Gute Sicherheitspraktiken: strncpy(), snprintf(), bounds-checking

Praxis-Tipps für sichere Programmierung

Vermeiden	Besser verwenden
gets()	fgets()
strcpy()	strncpy()
sprintf()	snprintf()

Immer Eingaben validieren, keine festen Puffergrößen ohne Überprüfung verwenden.