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 Address Space Layout Randomization（ASLR）是一種操作系統用來抵御緩沖區溢出攻擊的內存保護機制。這種技術使得系統上運行的進程的內存地址無法被預測，使得與這些進程有關的漏洞變得更加難以利用。

ASLR 目前在 Linux、Windows 以及 MacOS 系統上都有使用。其最早出現在 2005 的 Linux 系統上。2007 年，這項技術被 Windows 和 MacOS 部署使用。盡管 ASLR 在各個系統上都提供相同的功能，卻有著不同的實現。

ASLR 的有效性依賴于整個地址空間布局是否對于威脅者保持未知。此外，只有編譯時作為位置無關可執行文件Position Independent Executable（PIE）的可執行程序才能得到 ASLR 技術的最大保護，因為只有這樣，可執行文件的所有代碼節區才會被加載在隨機地址。PIE 機器碼不管絕對地址是多少都可以正確執行。

ASLR 的局限性

盡管 ASLR 使得對系統漏洞的利用更加困難了，但其保護系統的能力是有限的。理解關于 ASLR 的以下幾點是很重要的：

• 它不能解決漏洞，而是增加利用漏洞的難度
• 并不追蹤或報告漏洞
• 不能對編譯時沒有開啟 ASLR 支持的二進制文件提供保護
• 不能避免被繞過

ASLR 是如何工作的

通過對攻擊者在進行緩沖區溢出攻擊時所要用到的內存布局中的偏移做了隨機化，ASLR 加大了攻擊成功的難度，從而增強了系統的控制流完整性。

通常認為 ASLR 在 64 位系統上效果更好，因為 64 位系統提供了更大的熵（可隨機的地址范圍）。

ASLR 是否正在你的 Linux 系統上運行？

下面展示的兩條命令都可以告訴你的系統是否啟用了 ASLR 功能：

$ cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space
2
$ sysctl -a --pattern randomize
kernel.randomize_va_space = 2

上方指令結果中的數值（2）表示 ASLR 工作在全隨機化模式。其可能為下面的幾個數值之一：

0 = Disabled
1 = Conservative Randomization
2 = Full Randomization

如果你關閉了 ASLR 并且執行下面的指令，你將會注意到前后兩條 ldd 的輸出是完全一樣的。ldd 命令會加載共享對象并顯示它們在內存中的地址。

$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=0    <== disable
[sudo] password for shs:
kernel.randomize_va_space = 0
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffff7fd1000) <== same addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007ffff7c69000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007ffff7c63000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ffff7a79000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ffff7fd3000)
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffff7fd1000) <== same addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007ffff7c69000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007ffff7c63000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007ffff7a79000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007ffff7fd3000)

如果將其重新設置為 2 來啟用 ASLR，你將會看到每次運行 ldd，得到的內存地址都不相同。

$ sudo sysctl -w kernel.randomize_va_space=2    <== enable
[sudo] password for shs:
kernel.randomize_va_space = 2
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007fff47d0e000) <== first set of addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007f1cb7ce0000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007f1cb7cda000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f1cb7af0000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f1cb8045000)
$ ldd /bin/bash
        linux-vdso.so.1 (0x00007ffe1cbd7000) <== second set of addresses
        libtinfo.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libtinfo.so.6 (0x00007fed59742000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007fed5973c000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fed59552000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007fed59aa7000)

嘗試繞過 ASLR

盡管這項技術有很多優點，但繞過 ASLR 的攻擊并不罕見，主要有以下幾類：

• 利用地址泄露
• 訪問與特定地址關聯的數據
• 針對 ASLR 實現的缺陷來猜測地址，常見于系統熵過低或 ASLR 實現不完善。
• 利用側信道攻擊

總結

ASLR 有很大的價值，尤其是在 64 位系統上運行并被正確實現時。雖然不能避免被繞過，但這項技術的確使得利用系統漏洞變得更加困難了。這份參考資料可以提供 在 64 位 Linux 系統上的完全 ASLR 的有效性 的更多有關細節，這篇論文介紹了一種利用分支預測 繞過 ASLR 的技術。