Ataques de Desbordamiento de Buffer: Una Amenaza Digital Peligrosa

Los ataques de desbordamiento de buffer representan una amenaza significativa para la seguridad del software. Estos ataques ocurren cuando individuos malintencionados explotan vulnerabilidades de desbordamiento de buffer. Esto puede llevar a bloqueos de programas, corrupción de datos, robo de información sensible y acceso no autorizado al sistema. Este artículo explica los desbordamientos de buffer, cómo los utilizan los atacantes y métodos para prevenirlos en el desarrollo de software.

Conceptos Básicos de los Desbordamientos de Buffer

Un buffer, en el contexto de la informática, es una región de memoria asignada para almacenar temporalmente datos. Los programas utilizan buffers para mantener varios tipos de datos, como la entrada del usuario, el contenido de archivos o cadenas.

Cada buffer tiene un tamaño establecido. Los problemas ocurren cuando un programa intenta almacenar más datos de los que el buffer puede contener. En tales casos, el exceso de datos desborda el buffer, derramándose en ubicaciones de memoria adyacentes. Este comportamiento no intencionado puede llevar a bloqueos de programas, corrupción de datos y vulnerabilidades de seguridad.

Considera el siguiente ejemplo en el lenguaje de programación C:

char buffer[8];
scanf("%s", buffer);

Este fragmento de código asigna un buffer de 8 bytes para almacenar una cadena obtenida del input del usuario. Si el usuario escribe más de 8 caracteres, sobrescribirá la memoria cercana.

Explotación de Vulnerabilidades de Desbordamiento de Buffer

Los atacantes explotan las vulnerabilidades de desbordamiento de buffer sobrescribiendo estratégicamente porciones de memoria que contienen código ejecutable, reemplazándolo con código malicioso. El atacante primero identifica un programa con una vulnerabilidad de desbordamiento de buffer conocida. El atacante envía intencionalmente demasiados datos para abrumar el sistema y causar una corrupción de la memoria.

El atacante quiere reemplazar el buffer con código malicioso. Este código puede realizar acciones dañinas, como abrir una shell o ejecutar comandos sin permiso. El ataque tiene éxito cuando el atacante cambia una dirección de retorno de función o un manejador de excepciones. Cuando el usuario ejecuta el código alterado, se ejecuta el código malicioso.

Para ilustrar este concepto, considera un programa de servidor que recibe nombres de usuario de los clientes. Si el espacio de almacenamiento del nombre de usuario es de 128 bytes, un hacker podría enviar un nombre de usuario dañino en un formato específico.

"A" * 132 + código_malicioso + dirección_de_retorno_falsa

La serie de caracteres “A” desborda el buffer, permitiendo que el código malicioso se escriba en la memoria. La dirección de retorno falsa garantiza que el código malicioso se ejecute cuando la función sobrescrita retorne.

Ejemplos Reales de Desbordamiento de Buffer

Cada ataque de desbordamiento de buffer se resumen en la misma estrategia:

A continuación, se presentan algunos ejemplos de vulnerabilidades de desbordamiento encontradas en sistemas de gestión de bases de datos populares a lo largo de los años.

MySQL COM_FIELD_LIST

Hasta 2012, MySQL y MariaDB eran propensos a la vulnerabilidad COM_FIELD_LIST. Los fundamentos de la vulnerabilidad eran los siguientes:

El perpetrador realizaría una consulta al servidor MySQL con una cláusula ‘FROM’, especificando un nombre de tabla muy largo para provocar un desbordamiento de buffer.

SELECT * FROM 'nombre_muy_largo_de_una_tabla'.

No se especificó la longitud exacta, pero 5000 bytes eran suficientes para causar un desbordamiento. Esto provocaría el apagado del servidor, pero en el momento entre el desbordamiento y el apagado el servidor se vuelve vulnerable a ataques. Aquí es donde los perpetradores colocarían código malicioso en forma de bytes hexadecimales.

SELECT * FROM 'nombre_muy_largo'.\x31\xc0\x50\x68\x2f\x2f\x73'

El código tenía que ejecutar comandos bash, por ejemplo, ‘rm -rf /bin/’.

Para aumentar las probabilidades de éxito, los perpetradores agregarían un segmento de No Operación al código, en otras palabras, código que no realiza ninguna acción.

Una consulta completa se vería así:

SELECT * FROM 'AAAAAAAAAAA..' provocando un desbordamiento de buffer
'\x0\x0\x0\x0\x0' - Deslizamiento de No Operación
'\xe3\x50\x53\x89\xe1\xb0\x0b' - Código malicioso.

La vulnerabilidad fue abordada en las versiones de MySQL 5.5.23, 5.1.63 y 5.6.6, así como en las versiones de MariaDB 5.5.23, 5.3.12, 5.2.14 y 5.1.63. La actualización a estas versiones o posteriores parcheó la vulnerabilidad y protegió las bases de datos de este ataque específico.

PostgreSQL 9.3 RESETXLOG Desbordamiento de Buffer

De manera similar, en 2013 se descubrió y se solucionó rápidamente que la función pg_resetxlog() de PostgreSQL era propensa a estos ataques.

postgres=# SELECT pg_resetxlog('A' * 1000 + *código malicioso*);

Gusano Slammer de SQL Server

En 2003 se descubrió el ataque del gusano Slammer de SQL Server. Apuntaba al servidor de resolución de SQL Server, que acepta paquetes UDP en el puerto 1434. Cuando se enviaba un paquete especialmente diseñado a este puerto, desbordaba el buffer y permitía que el gusano ejecutara código arbitrario. Este código hacía que el servidor enviara más copias del gusano, lo que resultaba en una rápida propagación y congestión masiva de la red. Un ejemplo sería así:

payload = create_malicious_packet()
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.sendto('A' * 1000, *código malicioso*, (target_ip, 1434))
sock.close()

Overflow del Buffer HTTP XDB de Oracle 9i

En 2003 se descubrió una vulnerabilidad de desbordamiento en el servidor Oracle. Los atacantes podían enviar un nombre de usuario muy largo en una solicitud HTTP GET, lo que desbordaría el buffer y luego ejecutaría código malicioso.

long_username = 'A' * 1000 + *código malicioso*
password = 'password'
credentials = f"{long_username}:{password}"
encoded_credentials = base64.b64encode(credentials.encode()).decode()
solicitud_http = ( "GET / HTTP/1.1\r\n" f"
Host: {target_ip}\r\n" "User-Agent: Mozilla/5.0\r\n" f"
Authorization: Basic {payload}\r\n" "Accept: */*\r\n" "\r\n" )
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
sock.connect((target_ip, target_port))
sock.sendall(http_request.encode())

Este fragmento muestra un script de Python que transmite credenciales al servidor Oracle que desborda su buffer. En consecuencia, las credenciales ejecutan código malicioso.

Prevención de Vulnerabilidades de Desbordamiento de Buffer

Desarrollar software seguro requiere un enfoque proactivo para prevenir vulnerabilidades de desbordamiento de buffer. Las siguientes estrategias son esenciales para mitigar los riesgos asociados con los desbordamientos de buffer:

1. Validación de Entrada: Asegúrate de que todos los datos proporcionados por el usuario estén dentro de los límites esperados antes de almacenarlos en buffers. Valida la longitud, el formato y el contenido de la entrada para evitar que datos maliciosos o no intencionados causen desbordamientos de buffer.
2. Funciones Seguras de Cadena y Memoria: Evita usar funciones de la biblioteca estándar que son propensas a desbordamientos de buffer. En su lugar, opta por alternativas más seguras, como `strncpy` y `memcpy_s`, que incluyen salvaguardas integradas contra desbordamientos.
3. Protecciones a Nivel de Sistema: Habilita características de seguridad a nivel de sistema, como la randomización del diseño del espacio de direcciones (ASLR) y la prevención de ejecución de datos (DEP), siempre que sea posible. Estos mecanismos dificultan que los atacantes predigan diseños de memoria y ejecuten código malicioso.
4. Utiliza lenguajes seguros para la memoria como Rust, Go o Java para proteger contra desbordamientos de buffer. Estos lenguajes imponen prácticas estrictas de gestión de memoria y previenen el acceso directo a la memoria, reduciendo el riesgo de vulnerabilidades de desbordamiento.
5. Actualizaciones Regulares de Software: Actualiza las bibliotecas de software y las dependencias rápidamente cuando se descubran vulnerabilidades de desbordamiento de buffer y se publiquen parches. Mantenerse al día con los últimos parches de seguridad es crucial para protegerse contra vulnerabilidades conocidas.

Usar herramientas de prueba de fuzz y técnicas SAST como el análisis de contaminación puede ayudar a encontrar errores de desbordamiento de buffer mientras se desarrolla software.

Impacto del Mundo Real de los Ataques de Desbordamiento de Buffer

A lo largo de la historia de la informática, los hackers han atribuido numerosos incidentes de seguridad de alto perfil a vulnerabilidades de desbordamiento de buffer. El gusano Morris fue uno de los primeros gusanos de Internet. Se propagó explotando una vulnerabilidad en el programa `finger` de Unix en 1988.

En 2017, el virus WannaCry aprovechó una debilidad en el protocolo de Bloque de Mensajes del Servidor de Windows para propagarse. En un solo día, WannaCry infectó más de 230,000 computadoras en todo el mundo, causando pérdidas financieras significativas y interrupciones.

Conclusión

Los ataques de desbordamiento de buffer siguen siendo una preocupación crítica en el ámbito de la seguridad del software. Los desarrolladores pueden proteger su software de ataques aprendiendo sobre los desbordamientos de buffer y cómo los atacantes los explotan.

Es importante utilizar prácticas de codificación segura. Estas prácticas incluyen la validación de entrada y funciones de memoria seguras. Ayudan a prevenir vulnerabilidades de desbordamiento de buffer en los sistemas. Adoptar lenguajes de programación seguros para la memoria y mantener las dependencias de software actualizadas mejora aún más la resiliencia de los sistemas de software.

Los desarrolladores de software pueden mejorar la seguridad de los sistemas digitales previniendo desbordamientos de buffer y manteniéndose al tanto de las nuevas amenazas. Esto protege los datos y garantiza que los sistemas informáticos sigan siendo fiables.