【缺陷周话】第20期：无符号整数回绕
1、无符号整数回绕
在第17期缺陷周话中，曾经对有符号整数溢出问题进行了分析，本期来聊一聊 C/C++ 整数类型中的无符号整数使用不当所导致的问题。首先我们来看一下无符号整数的取值范围，下表中列出ANSI标准定义的无符号整数类型及范围。
| 类型 | 位数 | 最小取值范围 |
| unsigned int | 16/32 | 0~65535 |
| unsigned short int | 16 | 0~65535 |
| unsigned long int | 32 | 0~4294967295 |
| unsigned long long int | 64 | 264-1 |
C99第6.2.5节的第9条规定：涉及无符号整数的计算不会产生溢出，而是当数值超过无符号整数的取值范围时会发生回绕。如：无符号整数的最大值加1会返回0，而无符号整数最小值减1则会返回该类型的最大值。造成无符号整数运算回绕的操作符有“+”、“-”、“*”、“++”、“–”、“+=”、“-=”、“*=”、“<<=”、“<<”等。
2、 无符号整数回绕的危害
通过对无符号整数回绕原理的分析，无符号整数回绕最直接导致的结果是产生数值错误，计算所得值不符合程序的预期。当无符号整数回绕产生一个最大值时，如果数据用于如 memcpy() 类的内存拷贝函数，则会复制一个巨大的数据，可能导致错误或者破坏堆栈。除此之外，无符号整数回绕最可能被利用的情况之一是用于内存的分配，如使用 malloc() 函数进行内存分配时，当 malloc() 函数的参数产生回绕时，可能为0或者是一个最大值，从而导致0长度的内存分配或者内存分配失败。
CVE中也有一些与之相关的漏洞信息，从2018年1月至2019年1月，CVE中就有2条相关漏洞信息。漏洞信息如下：
| CVE 编号 | 概述 |
|---|---|
| CVE-2018-6323 | 二进制文件描述符 (BFD) 库（也称为 libbfd）中头文件 elfcode.h 中的 elf_object_p() 函数（binutils-2.29.1 之前）具有无符号整数回绕，溢出的原因是没有使用 bfd_size_type 乘法。精心制作的 ELF 文件可能导致拒绝服务攻击。 |
| CVE-2018-5848 | Android on Google Pixel和Nexus是美国谷歌（Google）公司和开放手持设备联盟（简称OHA）共同开发的一套运行于Google Pixel和Nexus（智能手机）中并以Linux为基础的开源操作系统。Qualcomm WIGIG是其中的一个千兆无线WiFi组件。 Google Pixel 和 Nexus 设备上的 Android 中的 Qualcomm WIGIG存在 缓冲区溢出漏洞，该漏洞源于长度验证代码没有正确的处理无符号整数回绕的情况。攻击者可利用该漏洞可利用该漏洞执行任意代码或造成拒绝服务。 |
3、示例代码
本章节中使用示例代码来源于Samate Juliet Test Suite for C/C++ v1.3 (https://samate.nist.gov/SARD/testsuite.php)，源文件名：CWE190_Integer_Overflow__unsigned_int_fscanf_multiply_01.c。
3.1缺陷代码
在上述示例代码中，第27行使用 fscanf() 函数从输入流(stream)中读入数据，并在第28行对读入数据的下限进行了限制，但并没有对 data 值的上限进行限制，当第31行进行 data*2 运算后赋值给 result，如果 data*2 的值超过了 UNIT_MAX，则会产生无符号整数回绕问题。
使用360代码卫士对上述示例代码进行检测，可以检出“无符号整数回绕”缺陷，显示等级为高。如图1所示：
图1：无符号整数回绕的检测示例
3.2 修复代码
在上述修复代码中，Samate 给出的修复方式为：在第32行通过 if() 语句对 data 的最大值进行限制，从而避免了在第34行进行 data*2 操作时产生无符号整数回绕。
使用360代码卫士对修复后的代码进行检测，可以看到已不存在“无符号整数回绕”缺陷。如图2：
图2：修复后检测结果
4 、如何避免无符号整数回绕
要避免无符号整数回绕，需要注意以下几点：
（1）当函数的参数类型为无符号整数时，需要对传入的参数的值进行有效判断，避免直接或者经过运算后产生回绕；
（2）不可信源的数据仍旧需要格外注意，应对来自不可信源的数据进行过滤和限制；
（3）使用源代码静态分析工具进行自动化的检测，可以有效的发现源代码中的无符号整数回绕问题。