Was ist ein Buffer Overflow?

Ein Buffer Overflow (deutsch: Pufferüberlauf) ist eine Speicherzugriffsfehlersituation, bei der ein Programm mehr Daten in einen Speicherpuffer schreibt, als dieser aufnehmen kann. Er entsteht, wenn ein Programm mehr Daten in einen begrenzten Speicherbereich schreibt, als dieser aufnehmen kann, und dabei angrenzenden Speicher überschreibt.

Solche Fehler treten besonders in hardwarenahen Sprachen wie C und C++ auf, wenn Speichergrößen, Array-Grenzen oder Eingabelängen nicht korrekt geprüft werden. Moderne speichersichere Sprachen verhindern viele dieser Fehler automatisch, beseitigen aber nicht jede mögliche Schwachstelle.

Wie entsteht ein Buffer Overflow?

1. Pufferreservierung: Das Programm legt einen Speicherbereich für eine bestimmte Anzahl von Zeichen an.
2. Überlauf durch Eingabe: Werden mehr Zeichen hineinkopiert, als vorgesehen, ohne Längenprüfung, überschreibt die Eingabe angrenzende Speicherbereiche.
3. Art des Überlaufs: Je nach Speicherbereich unterscheidet man zwischen stackbasierten und heapbasierten Buffer Overflows.
4. Analyse notwendig: Nicht jeder Absturz durch lange Eingaben ist automatisch ein Buffer Overflow; die Ursache muss technisch geprüft werden.

Welche Folgen sind möglich?

• Daten können beschädigt werden
• Prozesse können abstürzen
• Sicherheitsmechanismen können umgangen werden
• Unter bestimmten Bedingungen: Angreifer können unbefugte Befehle ausführen oder Schadcode einschleusen, wenn sie den überschriebenen Speicher gezielt kontrollieren.

Auswirkungen: betreffen Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit eines Systems. Das tatsächliche Risiko hängt von der betroffenen Komponente, den vorhandenen Schutzmechanismen und den Rechten des Prozesses ab.

Wie lassen sich Buffer Overflows verhindern?

• Grenzen prüfen:
  Längen, Indizes und Speichergrößen müssen vor jedem Lese- oder Schreibzugriff zuverlässig validiert werden.
• Sichere APIs einsetzen:
  Unsichere Kopierfunktionen sollten vermieden oder durch Varianten ersetzt werden, die Zielgrößen berücksichtigen.
• Speichersichere Sprachen nutzen:
  Wo es technisch sinnvoll ist, reduzieren Sprachen mit automatischer Speicherverwaltung und Bounds Checking das Risiko.
• Code analysieren und testen:
  Statische Analyse, Code-Reviews, Sanitizer und Fuzz Testing helfen, Speicherfehler vor der Veröffentlichung zu erkennen.
• Systeme aktuell halten:
  Bibliotheken, Compiler und Laufzeitumgebungen sollten regelmäßig aktualisiert werden, damit bekannte Schwachstellen geschlossen werden.

Welche Schutzmechanismen begrenzen die Auswirkungen?

Stack Canaries, Address Space Layout Randomization und nicht ausführbare Speicherbereiche erschweren die Ausnutzung eines Buffer Overflows. Diese Mechanismen sind wichtige zusätzliche Schutzschichten, ersetzen aber nicht die Behebung des fehlerhaften Speicherzugriffs im Quellcode.