面试题：C语言字符串函数安全隐患及优化

Question

在C语言中，像strcpy、strcat这类字符串函数存在一定安全隐患，请详细说明这些隐患是什么，如何利用这些隐患进行恶意攻击，以及如何使用更安全的替代函数（如strncpy、strncat等）来优化代码，同时举例说明优化前后代码的区别。

Answer 1

1. 隐患说明

• 缓冲区溢出：strcpy 函数将源字符串复制到目标字符串时，不会检查目标缓冲区的大小。如果源字符串长度超过目标缓冲区大小，就会导致缓冲区溢出，覆盖相邻内存区域的数据，可能破坏程序的正常运行，甚至导致程序崩溃。strcat 函数在拼接字符串时也存在同样问题，它不会考虑目标缓冲区剩余空间是否足够容纳源字符串。

2. 恶意攻击方式

• 栈溢出攻击：攻击者可以精心构造一个超长的字符串作为源字符串，传递给 strcpy 或 strcat 函数。当这些函数将超长字符串复制或拼接进目标缓冲区时，会覆盖栈上的返回地址等关键信息。攻击者可以将返回地址修改为恶意代码的地址，当函数返回时，程序就会跳转到恶意代码处执行，从而获取系统权限或进行其他恶意操作。

3. 安全替代函数及优化方法

• strncpy：strncpy 函数原型为 char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n);，它最多复制 n 个字符从源字符串 src 到目标字符串 dest。如果 src 的长度小于 n，则 dest 会以空字符填充直到长度为 n；如果 src 的长度大于或等于 n，则 dest 不会以空字符结尾，需要手动添加。
• strncat：strncat 函数原型为 char *strncat(char *dest, const char *src, size_t n);，它将源字符串 src 最多 n 个字符追加到目标字符串 dest 的末尾。dest 必须以空字符结尾，并且 dest 要有足够的空间来容纳追加后的字符串（包括空字符）。

4. 代码示例

优化前（存在隐患）

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char dest[10];
    char src[] = "Hello, World!";
    strcpy(dest, src); // 这里会导致缓冲区溢出，因为src长度超过dest大小
    printf("%s\n", dest);
    return 0;
}

优化后（使用安全函数）

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char dest[10];
    char src[] = "Hello, World!";
    strncpy(dest, src, sizeof(dest) - 1); // 最多复制dest大小 - 1 个字符，防止溢出
    dest[sizeof(dest) - 1] = '\0'; // 手动添加空字符
    printf("%s\n", dest);

    char dest2[20] = "Hello, ";
    strncat(dest2, src, sizeof(dest2) - strlen(dest2) - 1); // 防止拼接时溢出
    printf("%s\n", dest2);
    return 0;
}

在优化后的代码中，strncpy 和 strncat 函数通过限制复制或拼接的字符数量，有效避免了缓冲区溢出问题。