ROP图灵完备的普遍可实现性

来源：软件学报杂志2017年第10期北京时间：

作者：袁平海,曾庆凯

单位：袁平海，南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 210023;计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 21002311,曾庆凯，南京大学 计算机科学与技术系, 江苏 南京 210023;计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学), 江苏 南京 21002302

摘要：返回导向编程（return-oriented programming，简称ROP）被广泛用于软件漏洞利用攻击中，用来构造攻击代码.通过更新ROP构造技术，证实了图灵完备的纯ROP攻击代码在软件模块中是普遍可实现的.ROP构造功能代码的难点是实现条件转移逻辑.通过深入分析条件转移机器指令的执行上下文发现，对这些指令的传统认知存在一定的局限性.事实上，在已有代码中存在少量的条件转移指令，它们的两个分支的开始部分都是可复用的代码片段（称为gadgets），而且这两个gadgets会从不同的内存单元中取得下一个gadget的地址，因此，以这些条件转移指令开始的代码片段可以帮助ROP实现条件转移逻辑.把这种代码片段称为if-gadget.在Linux和Windows系统上的实验结果表明，if-gadget普遍存在，即使在代码量很小的日常可执行程序中也存在.在Binutils程序集上的实验结果表明，引入if-gadget后，构造图灵完备的ROP代码要比用传统方法容易得多.在Ubuntu这样的主流操作系统上，由于可执行程序上默认没有实施防御ROP攻击的保护机制，因此，攻击者可以在这些软件模块中构造纯ROP攻击代码来发动攻击.由此可见，ROP对系统安全的威胁比原来认为的严重得多.

关键词：软件漏洞利用;返回导向编程;图灵完备计算;条件转移逻辑

基金资助：国家自然科学基金（61772266，61572248，61431008，61321491）；国家科技支撑计划（2012BAK26B01）