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你知道嗎？ASLR的發源地竟然是2001年的Linux！這背後的故事是什麼？
在資訊安全的世界中，防範網絡攻擊的方法層出不窮，其中地址空間布局隨機化（ASLR）技術因其有效性而備受關注。ASLR的主要目的是防止惡意攻擊者成功利用內存損壞漏洞，通過隨機佈局關鍵數據區域，增加攻擊的難度。然而，鮮為人知的是，ASLR的概念及其初步實現源自2001年的Linux系統。本文將深入探討ASLR的歷史及其對現代操作系統安全防護的重要影響。
ASLR通過隨機排列可執行文件、堆棧、堆和庫的地址空間位置，來阻止攻擊者可靠地重定向代碼執行。
ASLR最早出現在Linux社群中，當時被納入PaX專案，該專案於2001年7月首次發布ASLR的設計與實現。這一技術的出現旨在提供一種更有效的安全保護手段。在隨後的2003年，OpenBSD成為首個預設支持ASLR的主流操作系統，並於2005年將其引入Linux系統。這些改進為防止各類安全攻擊奠定了基礎。
ASLR技術在安全性上具有重要的意義。通過增加地址的隨機性，ASLR使得攻擊者在猜測攻擊目標地址時面臨更大的挑戰。舉例來說，攻擊者如果想執行返回到C庫的攻擊，則必須準確找到需要執行的代碼。同樣，當攻擊者試圖執行注入的shellcode時，他們也需要先找到堆棧的位置。因此，隨著相關內存地址的不確定性增加，攻擊者的成功概率顯著降低。
隨著隨機化的空間增大，安全性得以提升，因為攻擊者要猜測隨機佈局的各個區域的機率大幅降低。
ASLR的有效性在於其隨機化過程基於低概率的猜測機制。當隨機化涉及的虛擬內存區域越多，隨機移位的熵就越高，這使得安全性進一步增強。但是，這也要求開發者在設計時考量何時以及在哪些類型的區域實現隨機化。這意味著在有效實施ASLR的系統上，攻擊者需要成功猜測的所有位置都必須完全正確。
此外，ASLR也並非萬無一失。研究表明，針對ASLR的攻擊手段，包括通過信息洩露獲取隨機化位置的方式，極大地降低了該技術的保護效果。實際上，如今很多系統因為資訊泄露而被攻擊者利用。這一點在2024年的一項研究中也得到了驗證，該研究比較了包括Linux、macOS和Windows等主要桌面平台的ASLR實現效果，發現很多系統的隨機化效果並不理想。
研究表明，自2024年起，Linux系統提供了相對保護，而其他如Windows和macOS的隨機化效果則顯著不足。
隨著技術的進步和攻擊手段的演變，ASLR的實現與效率不斷被挑戰。在Linux內核中，隨著5.18版本的推出，ASLR面臨著更大的挑戰，這版本對32位和64位的實施效果均產生了負面影響。尤其是隨著系統調整，因大於2 MiB文件而返回對齊的地址等改動，都使得隨機化的熵減少，從而讓攻擊者更容易進行有效的攻擊。此外，攻擊者若能夠利利用系統的漏洞來減少熵，將可大幅提升其成功率。
但是，ASLR的發展也並未止步於此。作為一種持續提升安全性的努力，各大操作系統依然在對其進行迭代和優化。例如，Android和iOS等移動操作系統都在不斷強化ASLR的實施，加上過程中的持續改進，未來仍然可能在更大程度上保障系統安全。
隨著技術的進步與安全需求的增加，ASLR將如何發展以適應不斷變化的攻擊環境，並真正保護用戶的數據安全呢？
