为什么两个程序中的变量分配方式相同？

Question

我有以下代码来展示基于堆栈的缓冲区溢出。

int check_authentication(char *password) {
  int auth_flag = 0;
  char password_buffer[16];

  strcpy(password_buffer, password);
  if(strcmp(password_buffer, "Admin") == 0)
    auth_flag = 1;
  return auth_flag;
}

在这里，当用户输入任何长度大于 16 的字符串时，将允许访问。为了显示其他不溢出 auth_flag 的情况，我有以下代码：

int check_authentication(char *password) {
  char password_buffer[16];
  int auth_flag = 0;

  strcpy(password_buffer, password);
  if(strcmp(password_buffer, "Admin") == 0)
    auth_flag = 1;
  return auth_flag;
}

由于堆栈作为 LIFO 工作，auth_flag 的地址应该低于第二个示例中的password_buffer。断点位于strcpy 的 GDB 如下所示：

(gdb) x/16xw password_buffer
0x61fefc:       0x696d6441      0x7659006e      0xc9da078f      0xfffffffe
0x61ff0c:       0x00000001      0x76596cad      0x00401990      0x0061ff38
0x61ff1c:       0x00401497      0x00ae1658      0x00000000      0x0028f000
0x61ff2c:       0x00400080      0x0061ff1c      0x0028f000      0x0061ff94
(gdb) x/x &auth_flag
0x61ff0c:       0x00000001

我预计password_buffer 将从0x61ff10 开始，紧跟在auth_flag 之后。我哪里错了？

我在 Windows 10 上使用 gcc（gcc 版本 9.2.0（MinGW.org GCC Build-20200227-1）和 gdb（GNU gdb (GDB) 7.6.1），未修改 SEHOP 或 ASLR。

Answer 1

如 cmets 中所述，局部变量不会被压入堆栈或从堆栈中弹出。相反，在执行函数调用时，运行时会在堆栈上为局部变量分配一些空间。它被称为Function Prologue 并且有一个已知的序列（在许多情况下 - 见评论）

push ebp
mov ebp, esp
sub esp, N

其中N 是为局部变量保留的空间。

出于某种原因，GCC 总是为auth_flag 局部变量分配内存位置[rbp-4]，这就是为什么您看不到任何差异的原因（检查this 与this）。可能是编译器的设计方式...

另一方面，clang 会执行您期望编译器执行的操作，至少在为您的 auth_flag 局部变量分配堆栈位置时是这样。编译器没有使用任何优化

check_authentication:                   # @check_authentication
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 48
        lea     rax, [rbp - 32]
        mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
        mov     dword ptr [rbp - 12], 0
        mov     rsi, qword ptr [rbp - 8]
        mov     rdi, rax
        mov     qword ptr [rbp - 40], rax # 8-byte Spill
        call    strcpy
        mov     esi, offset .L.str
        mov     rdi, qword ptr [rbp - 40] # 8-byte Reload
        mov     qword ptr [rbp - 48], rax # 8-byte Spill
        call    strcmp
        cmp     eax, 0
        jne     .LBB0_2
        mov     dword ptr [rbp - 12], 1
.LBB0_2:
        mov     eax, dword ptr [rbp - 12]
        add     rsp, 48
        pop     rbp
        ret
.L.str:
        .asciz  "Admin"

将上面的代码与下面的代码进行比较，其中password_buffer 在auth_flag 局部变量之前声明。

check_authentication:                   # @check_authentication
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 64
        lea     rax, [rbp - 32]
        mov     qword ptr [rbp - 8], rdi
        mov     dword ptr [rbp - 36], 0
        mov     rsi, qword ptr [rbp - 8]
        mov     rdi, rax
        mov     qword ptr [rbp - 48], rax # 8-byte Spill
        call    strcpy
        mov     esi, offset .L.str
        mov     rdi, qword ptr [rbp - 48] # 8-byte Reload
        mov     qword ptr [rbp - 56], rax # 8-byte Spill
        call    strcmp
        cmp     eax, 0
        jne     .LBB0_2
        mov     dword ptr [rbp - 36], 1
.LBB0_2:
        mov     eax, dword ptr [rbp - 36]
        add     rsp, 64
        pop     rbp
        ret
.L.str:
        .asciz  "Admin"

上面代码 sn-ps 中的 mov dword ptr [rbp - XXX], 0 行是声明和初始化本地变量 auth_flag 的地方。如您所见，堆栈上为局部变量保留的位置会根据您的缓冲区大小而变化。我认为值得用 clang 编译你的代码并用 lldb 调试它。