ASLR 深度解析：作業系統如何透過記憶體位址隨機化抵禦緩衝區溢位攻擊

什麼是 ASLR？

緩衝區溢位攻擊的核心前提是「攻擊者能預測目標記憶體位址」。ASLR（Address Space Layout Randomization）正是針對這點的作業系統防禦機制——每次程式執行時，將堆疊、堆積、共享函式庫等區段載入至隨機化的記憶體位址，讓攻擊者的跳轉目標失效。

ASLR 如何抵禦攻擊？

傳統緩衝區溢位攻擊（如 ret2libc）需要硬編碼 system() 或 /bin/sh 的固定位址。啟用 ASLR 後，每次執行的 libc 基址皆不同，攻擊者必須先洩漏（leak）記憶體位址才能繼續利用漏洞，大幅提高攻擊複雜度。Linux 核心以 /proc/sys/kernel/randomize_va_space 控制 ASLR 等級：0 為關閉，1 為部分隨機化，2 為完整隨機化（預設值）。

# 查看目前 ASLR 狀態（Linux）
cat /proc/sys/kernel/randomize_va_space

# 執行兩次，觀察 libc 載入位址是否不同
ldd /bin/ls | grep libc
ldd /bin/ls | grep libc

💡 重點整理

• 隨機化範圍：涵蓋堆疊（stack）、堆積（heap）、共享函式庫（libc 等）三大區段。
• 必要搭配：ASLR 需與 PIE（Position Independent Executable） 同時啟用，才能隨機化主程式本體位址。
• 已知限制：32 位元系統熵值（entropy）僅約 16 bits，可被暴力破解（brute-force）；64 位元系統熵值達 28~40 bits，實務上難以暴力破解。
• 常見繞過手法：資訊洩漏（info leak）、部分位址覆寫（partial overwrite）、Heap Spray 等仍可削弱 ASLR 防護效果。

ASLR 是現代作業系統（Linux、Windows、macOS）的標配防禦層。它無法單獨杜絕所有攻擊，但能與 Stack Canary、NX（No-Execute） 共同構成縱深防禦，顯著提高漏洞利用的門檻與成本。

📚 參考文獻

1. Linux Kernel Documentation — kernel.randomize_va_space 官方說明
2. PaX Team — ASLR 原始設計文件（PaX Project）
3. OWASP — Buffer Overflow Attack 技術說明

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