用户态加固

介绍

用户态加固是指在操作系统用户空间中采取各种技术手段来增强应用程序的安全性，从而减少漏洞被利用的风险。用户态加固通常包括静态和动态的措施，可以应用在不同的软件开发阶段，如编码、编译、部署和运行等。

常见的用户态加固技术

以下是一些常见的用户态加固技术：

1. 溢出保护（Buffer Overflow Protection）：

1. 堆栈保护（Stack Guards）：如Stack Canary，编译器将一小段数据（Canary值）置于栈上的局部变量和控制数据之间，检测是否被篡改以防止栈溢出。
2. 堆保护（Heap Protection）：包括各种堆分配完整性检查和保护分配的堆对象。

2. 地址空间布局随机化（ASLR, Address Space Layout Randomization）： ASLR会随机地排列进程执行时的地址空间位置，包括程序的加载地址、堆、栈和库文件，这让难以预测目标地址。
3. 非执行数据保护（NX, No-eXecute）/DEP（Data Execution Prevention）： 内存页可以被标记为不可执行，这样任何尝试执行非执行页中数据的行为将触发异常。这防止了某些代码注入危险。
4. 控制流完整性（CFI, Control Flow Integrity）： 限制程序中可以转移控制流的目的地，确保控制流不会被恶意篡改。
5. 代码签名（Code Signing）： 对应用程序进行数字签名，确保在运行时代码没有被篡改，也使得未签名的代码不能运行。
6. 读写执行分离（W^X, Write xor Execute）： 内存页面要么可写要么可执行，但不能同时具有这两个权限，这样就不能在数据段直接注入并执行代码。
7. 安全编码： 在编码阶段采用安全编码技术，比如使用更安全的字符串和内存操作函数，有效限制用户输入等。
8. 依赖关系与权限剥离：

1. 减少不必要的程序依赖和系统权限，只授予应用程序执行其功能所必需的权限。

9. 隔离和沙盒机制（Sandboxing）： 将应用程序运行在有限的环境中，仅允许必要的系统调用，减少潜在的安全漏洞影响范围。
10. 内存安全工具： 使用各种内存调试工具，如Valgrind、AddressSanitizer等，检测内存错误和可疑行为。

用户态加固不仅局限于传统的操作系统如Linux、Windows或macOS，也适用于Android、iOS等移动操作系统。用户态加固通常以操作系统级别的功能作为基础，结合编译器支持的保护和应用程序内部的安全实践，形成多层面的安全防护。

当谈到用户态程序的二进制编译增强，这通常指在编译过程中增加选项以增强程序的安全性、性能或者兼容性。以下是一些常见的编译选项和对应的增强功能：

1. 优化级别: -O1, -O2, -O3, -Os

1. 这些选项用于控制编译器的优化级别。通常，-O2 为平衡编译，而 -O3 用于更激进的优化。

2. 调试信息: -g

1. 添加调试信息到程序中，方便使用调试器分析程序。

3. 强制类型检查: -Wall, -Wextra, -Werror

1. 增加编译器的警告级别，可以帮助捕获潜在代码问题。

4. 位置无关代码: -fPIC 或 -fPIE

1. 对于动态链接库（.so 文件），通常使用 -fPIC。
2. 对于想要利用 ASLR（地址空间布局随机化）的可执行文件，可以使用 -fPIE 和 -pie。

5. 堆栈保护: -fstack-protector, -fstack-protector-strong, -fstack-protector-all

1. 这些选项让编译器生成栈保护代码，用于阻止缓冲区溢出。

6. 整数溢出保护: -ftrapv

1. 让编译器插入检查点来探测运行时的有符号整数溢出。

7. 地址空间布局随机化: -pie 和 -fPIE

这通过制作位置无关的可执行文件来开启ASLR，提高进程的安全性。

8. 链接时优化：-flto

1. 在链接阶段进行代码优化，可能会减小生成的二进制文件大小，并提高程序性能。

9. 符号隐藏（对于库）: -fvisibility=hidden

1. 隐藏库的内部符号，减少导出的符号数量，可能有助于最终二进制的大小并提高性能。

10. 控制指令流: -D_FORTIFY_SOURCE=2

1. 用于检查函数如strcpy()和sprintf()的缓冲溢出问题。

根据需求决定哪些选项是最适合您项目的。下面是一个基本的示例，演示了如何结合使用GCC编译器的一些增强选项来编译C程序：

gcc -O2 -Wall -Wextra -fstack-protector-strong -D_FORTIFY_SOURCE=2 -fPIE -pie myprogram.c -o myprogram

该命令将使用优化级别O2和堆栈保护来编译myprogram.c文件，并生成myprogram可执行文件，同时启用了PIE（位置无关可执行文件），以及强化源码。

请注意，在编译时增加这些选项可能会改变您的程序行为，因此，彻底的测试是非常必要的，以确保编译后的程序依旧按预期工作，并且受益于安全和性能方面的改进。