作業系統 - 競爭條件漏洞

競爭條件

在作業系統中，競爭條件是一種不希望出現的情況，當多個程序或執行緒併發訪問和操作共享資源時發生，導致輸出不一致。執行結果取決於在搶佔式環境中執行的程序的各個語句的執行順序。共享資源可以是共享變數、表或檔案。這些程序“競爭”訪問共享資源，因此這種情況稱為競爭條件。

讓我們考慮一個場景，其中兩個程序 P1 和 P2 試圖更改儲存在記憶體位置 C 中的共享變數的值，該變數最初為 10。P1 想要增加 C 的值，而 P2 想要減少 C 的值。增加或減少的操作不是單個語句，而是對應於如下所示的多個語句。

P1 的語句為 −

R1 ← M(C) [將記憶體位置 C 的內容載入到暫存器 R1]

R1 ← R1 + 1 [增加暫存器 R1 的內容]

M(C) ← R1 [將暫存器 R1 的內容儲存到記憶體位置 C]

P2 的語句為 −

R2 ← M(C) [將記憶體位置 C 的內容載入到暫存器 R2]

R2 ← R2 - 1 [減少暫存器 R1 的內容]

M(C) ← R2 [將暫存器 R2 的內容儲存到記憶體位置 C]

在理想情況下，P1 完全執行，然後 P2 執行，反之亦然。因此，在兩個程序都執行後，C 的值保持不變，即 10。但是，由於 P1 和 P2 彼此競爭，並且每個程序都可能搶佔另一個程序，因此語句是交織在一起的。讓我們看一下導致不同輸出的兩種不同場景。

場景 1 −

時間戳	程序	語句	R1、R2 和 M(C) 的值
T1	P1	R1 ← M(C)	R1 = 10，M(C) = 10
T2	P2	R2 ← M(C)	R2 = 10，M(C) = 10
T3	P2	R2 ← R2 - 1	R1 = 10，R2 = 9，M(C) = 10
T4	P1	R1 ← R1 + 1	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 10
T5	P1	M(C) ← R1	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 11
T6	P2	M(C) ← R2	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 9

在上述場景中，我們發現程序 P1 執行的增加操作完全丟失了，C 的值為 9，這是不正確的。

場景 2 −

時間戳	程序	語句	R1、R2 和 M(C) 的值
T1	P1	R1 ← M(C)	R1 = 10，M(C) = 10
T2	P1	R1 ← R1 + 1	R1 = 11，M(C) = 10
T3	P2	R2 ← M(C)	R1 = 11，R2 = 10，M(C) = 10
T4	P2	R2 ← R2 - 1	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 10
T5	P2	M(C) ← R2	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 9
T6	P1	M(C) ← R1	R1 = 11，R2 = 9，M(C) = 11

在上述場景中，我們發現程序 P2 執行的減少操作丟失了，C 的值為 11，這也是不正確的。

從以上兩個場景可以看出，如果更改共享資源的程式碼部分沒有以原子方式執行，則結果可能不正確或丟失。

競爭條件漏洞是一種軟體錯誤，允許惡意實體利用競爭條件下併發程序的執行，以便產生不一致的輸出。它是一個重要的安全漏洞，被識別為 CWE-362（常見弱點列舉，第 362 節）。

當在程序或執行緒的檢查時間 (TOC) 和使用時間 (TOU) 視窗之間插入錯誤程式碼時，無論是惡意還是故意，都會導致此問題。

以下是一些競爭條件漏洞的示例 −

駭客可以在檢查登入憑據之前，在授予訪問許可權的過程中干擾安全系統。攻擊是透過在 TOC 和 TOU 之間插入惡意程式碼來執行的，然後對未經授權的使用者進行身份驗證以訪問系統。
對於臨時檔案，攻擊者將使用一些常見的名稱建議建立或更改檔案以儲存敏感資料。透過這種方式，攻擊者可以更改系統的行為，從而導致漏洞。
當用戶想要訪問任何檔案或資料時，系統會提示他們檔案需要訪問許可權。利用這一點，資料和檔案可能會導致損壞或丟失。
攻擊者可以開啟資料庫並根據自己的需要更改資料，例如根據績效更新資料庫中員工的工資資訊，他們可以為績效低的員工增加工資，反之亦然。

競爭條件漏洞會帶來一些嚴重的後果，破壞安全系統及其功能，例如：

競爭條件漏洞會帶來嚴重的後果，降低系統的整體效能並危害系統安全。因此，必須採取適當的保護措施，以儘可能避免這些情況。

一些常用的措施如下所列 −

列印頁面