در دنیای امنیت سایبری، یکی از روش‌های متداول برای حمله به سیستم‌ها، سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌های حافظه است. Address Space Layout Randomization (ASLR) یک تکنیک امنیتی است که با تصادفی‌سازی محل بارگذاری بخش‌های مختلف حافظه تلاش می‌کند از اجرای کدهای مخرب و حملات بهره‌جویانه مانند Buffer Overflow جلوگیری کند. این مکانیزم باعث می‌شود که مهاجمان نتوانند به‌راحتی آدرس‌های موردنیاز برای سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌های نرم‌افزاری را حدس بزنند، در نتیجه امنیت سیستم‌ها افزایش می‌یابد.

ASLR چیست؟

Address Space Layout Randomization یک تکنیک امنیتی است که برای جلوگیری از سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌های مبتنی بر حافظه طراحی شده است. این مکانیزم با تصادفی‌سازی محل بارگذاری بخش‌های مختلف حافظه، مانند پشته (Stack)، هیپ (Heap)، کتابخانه‌های مشترک (Shared Libraries) و سایر داده‌های اجرایی، تلاش می‌کند دسترسی مهاجمان به آدرس‌های مشخص در حافظه را دشوار کند. در نتیجه حملاتی مانند Buffer Overflow و Return-Oriented Programming (ROP) که به دانستن موقعیت دقیق داده‌ها و کدهای اجرایی در حافظه متکی هستند، به‌طور قابل‌توجهی سخت‌تر می‌شوند.

حمله سرریز بافر (Buffer Overflow) چیست و چگونه از آن جلوگیری کنیم؟

این تکنیک اولین بار در سیستم‌عامل OpenBSD در سال 2003 پیاده‌سازی شد و به‌مرور در سایر سیستم‌عامل‌ها مانند Windows، Linux و macOS گسترش یافت. ASLR هنگام راه‌اندازی یک برنامه، مکان‌های حافظه را به‌طور تصادفی انتخاب می‌کند، بنابراین حتی اگر مهاجم بتواند در یک جلسه به آدرس خاصی دسترسی پیدا کند، در اجرای مجدد برنامه این آدرس تغییر می‌کند و حمله ناکارآمد می‌شود. با این حال ASLR به تنهایی یک راه‌حل کامل نیست و در برخی شرایط، مانند ضعف در اجرای آن یا در ترکیب با سایر آسیب‌پذیری‌ها، می‌تواند دور زده شود.

تاریخچه ASLR

مفهوم Address Space Layout Randomization (ASLR) اولین بار در سال 2001 توسط محققان امنیتی مطرح شد و در سال 2003 به‌طور رسمی در سیستم‌عامل OpenBSD 3.4 پیاده‌سازی گردید. پس از آن این تکنیک در سال 2005 به Linux PaX و سپس در Windows Vista (2006) اضافه شد. با گذر زمان، سایر سیستم‌عامل‌ها مانند macOS (از نسخه 10.5 Leopard) و Android (از نسخه 4.0 Ice Cream Sandwich) نیز این مکانیزم را برای افزایش امنیت کاربران خود به کار گرفتند.

با وجود بهبودهای مداوم در اجرای ASLR مهاجمان همچنان روش‌هایی مانند اطلاعات نشتی (Information Leakage) و حملات brute-force را برای دور زدن این تکنیک توسعه داده‌اند، که باعث شد نسخه‌های جدیدتر ASLR همراه با محافظت‌های قوی‌تری ارائه شوند.

ASLR چگونه کار می‌کند؟

1. تصادفی‌سازی فضای آدرس:

ASLR با تغییر تصادفی مکان‌های بارگذاری بخش‌های حافظه باعث می‌شود که مهاجمان نتوانند آدرس‌های ثابت و قابل پیش‌بینی را برای اجرای حملات خود استفاده کنند.

2. تغییر موقعیت پشته:

در یک سیستم بدون ASLR محل قرارگیری پشته همیشه ثابت است، اما با ASLR، آدرس پشته در هر اجرا تغییر می‌کند. این کار از سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌های سرریز بافر که به مکان ثابت پشته متکی هستند، جلوگیری می‌کند.

3. تصادفی‌سازی هیپ:

هیپ محل تخصیص داده‌های پویا است که توسط برنامه‌ها استفاده می‌شود. ASLR با تغییر موقعیت هیپ در حافظه، حملاتی مانند Heap Overflow و Use-After-Free را دشوارتر می‌کند، زیرا مهاجمان دیگر نمی‌توانند به‌راحتی آدرس‌های مشخصی را هدف قرار دهند.

4. تغییر مکان بارگذاری کتابخانه‌ها:

در بسیاری از سیستم‌ها، کتابخانه‌های مشترک (مانند DLLs در ویندوز و .so در لینوکس) در آدرس‌های ثابتی بارگذاری می‌شوند. ASLR این آدرس‌ها را در هر اجرای برنامه تغییر می‌دهد تا از سوءاستفاده مهاجمان از کدهای کتابخانه‌ای از پیش شناخته‌شده جلوگیری شود.

5. ترکیب ASLR با DEP:

ASLR اغلب همراه با Data Execution Prevention (DEP) استفاده می‌شود. DEP از اجرای کد در بخش‌های خاصی از حافظه جلوگیری می‌کند و در کنار ASLR باعث می‌شود که حملات Return-Oriented Programming (ROP) و Code Injection سخت‌تر شوند.

ASLR در سیستم‌عامل‌های مختلف

• ویندوز

مایکروسافت از نسخه ویندوز ویستا به بعد ASLR را به‌عنوان یک ویژگی امنیتی پیش‌فرض در سیستم‌عامل خود پیاده‌سازی کرده است. در ویندوز ASLR با استفاده از یک الگوریتم تصادفی‌سازی پیچیده موقعیت حافظه بخش‌های مختلف برنامه‌ها را تغییر می‌دهد، به‌طوری که هر بار اجرای یک برنامه، چیدمان فضای آدرس آن متفاوت باشد.

• لینوکس

سیستم‌عامل لینوکس نیز از ASLR پشتیبانی می‌کند و این قابلیت در اکثر توزیع‌های مدرن مانند Ubuntu، Fedora و Debian به‌طور پیش‌فرض فعال است. لینوکس با تغییر تصادفی آدرس پشته، هیپ و بخش‌های کتابخانه‌ای، از سوءاستفاده‌های مبتنی بر پیش‌بینی موقعیت حافظه جلوگیری می‌کند. با این حال، در برخی موارد، تنظیمات ASLR می‌تواند توسط مدیر سیستم تغییر داده شود یا برای بهینه‌سازی عملکرد غیرفعال گردد. 

• macOS

شرکت اپل از نسخه OS X Leopard (2007) به بعد ASLR را در سیستم‌عامل macOS پیاده‌سازی کرده است. این ویژگی باعث افزایش امنیت در برابر حملات مبتنی بر سرریز بافر و اجرای کد از راه دور شده است. نسخه‌های جدید macOS از مکانیزم‌های پیشرفته‌تری مانند Full ASLR استفاده می‌کنند که شامل تصادفی‌سازی بیشتر در سطح کرنل و بارگذاری برنامه‌ها است، در نتیجه احتمال سوءاستفاده از آسیب‌پذیری‌های حافظه را کاهش می‌دهد.

مزایا و معایب ASLR