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前言
记录一下网课学习的系统安全知识，预习一下。
C语言的安全问题
C语言是较为底层的一个语言。他能提供很强的硬件控制能力（比如允许直接查看和操纵内存里的值）,也能够提高很高的效率。
但相应的缺点是语言比较复杂，很多时候好几行C代码，在python中只需要一句话就能够完成。
第二点缺点就是安全性了。较高的硬件掌控能力指的不仅仅是开发者，攻击者在攻击成功后，也会相应的获得较高的掌控权。
这里介绍一下C语言的溢出带来的安全问题。
溢出攻击的危害
C语言中，有时会出现溢出的问题，给操作系统带来很大的隐患。
最常见的例子就是gets函数和strcpy函数。由于这两个函数没有规定接受的字符串长度上限，在处理过长的字符串时，可能会出现缓冲区溢出的情况。
比如，在使用gets()时，输入AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA(30个A)。这时，程序会报错segment fault并崩溃。表面上好像没发生什么，但是在内存中，这串过长的字符在填满了程序分配给他的缓冲区后，会继续覆盖内存中后续的数据。
（注：这里画出的内存栈是由下往上的顺序，现实生活中也有些内存的填充顺序的由上往下的，不过相应的溢出攻击原理类似。）
这个错误乍看起来没有什么坏处，但如果攻击者输入的不是一串超长的A，而是一些可执行的程序，那造成的影响就无法估量了。比如运行一些bash脚本，具体的可以自行发挥想象力。
防御手段
那么我们要如何防御C语言中的溢出攻击呢？
方法一：避免程序出bug
这个方法就非常的直白了。如果程序里没有任何可能会出现溢出错误的代码，那么程序就是安全的了。
不过现实生活中，难免会出现这样的bug，那就需要一些更加安全的手段了。
方法二：使用工具辅助查找bug
比如在每次可能出现溢出的代码后，写一段检测代码，看看缓冲区之后的内存是否异常。
比如，首先将缓冲区结束位置的下一位当作标志位，设置标志位的值为一个规定好的值，比如0。随后，在gets()接收输入后，检查一下那个0是否被改变了。如果改变了就立刻终止。
这里也有一些细节问题。比如一个攻击者可能会猜测到这个标志值，从而绕过我们的检查。应对方法可以是使用随机值，随机值的要求是位数较多，来防御攻击者暴力枚举猜出这个随机值。
方法三：用对内存安全的语言
换一个不会出现这种问题的语言，不就没有这个麻烦了吗？类似的语言有Java，Python，C#等。
这种方法的一种缺点是，这些语言属于较为高级的语言，因而效率没有C语言那么高。不过近些年来的优化使得这些语言的效率极大地提升。比如Javascript原本的效率是C语言的1/10数量级，但目前已经提升到了1/2。
方法四：设置硬件电子栅栏
程序每次开辟一块堆内存之后，就在内存的尾部设置一个电子栅栏。这是硬件层面的操作，执行起来不是很难。这种方法的缺点是时间开销大。即使是开辟一块很小的内存，也需要花费相同的时间设置这样的一个电子栅栏。
方法五：加长指针
通常指针是32bit大小的，包含着指针开头所在的地址。但是我们可以加长它，携带上指针末尾的地址，以及指针当前所在位置的地址。
在实际操作中，代码不做任何改变，编译器会自动为我们做额外的工作。
举个例子。在编译下面这段代码时
int* ptr;
*ptr = 10;
++ptr;
遇见++ptr操作的时候，编译器会在更新指针当前地址后，检查指针当前地址有没有超过指针末尾地址。超过的话就进行相应的错误处理。
但是这个方法也有相应的缺点。
首先，通常的获取数据结构大小的函数会失效。这包含两方面，其一是在使用获取指针大小的函数时，会出现异常。其二，获取结构体大小时，如果结构体里包含加长指针的话，也会出现异常。
最后是在要求原子操作（atomic）的环境中，这种方法无法满足需求。因为代码中的一步++ptr，会被翻译成包含检查是否超出边界在内的多个步骤。
因为这些缺点，这个方法并不是很常用。
方法六：影子数据结构 —— 袋子边界(baggy bounds)
名字听起来比较迷惑，实际思路很简单，就是在分配每个变量的同时，也记录下这个变量的大小。这样未来检测是否超过边界时会非常快速。
这个思想跟C语言中的静态变量很类似。比如我们想要声明一个数组，就必须给一个固定的长度值（如int a[256];），这样系统就知道这个变量的边界在哪里。这个方法就是将这个思想用在指针上面。
这个思想实现的具体方式呢，就是把内存分成一个一个空间已知的袋子结构。具体的分配机制如下：
这个过程可以用下面这个例子的示意图来解释。
尽管这种方式仍然比较浪费空间，但是会让空间分配很快速。
