C语言中的gets()函数安全隐患讲解

时间：2022-06-25 04:49:35 编辑：袖梨来源：一聚教程网

1 为什么gets()函数还在我们的代码中？

好吧，最终还是发生了。我们遇到了一个非常严重，并且非常普遍的缓冲区溢出问题。这个问题造成了非常大的影响，修复这个问题的过程，将会非常艰难，非常慢，代价非常高。在我看来，可能在这个世界上，会有不少软件产品经理这样问程序员们：“为什么你没有警告过我？”，估计这些被问到的程序员中，有很多都会直接回答道：“我警告过你了，你什么没有听进去？“

在软件开发的过程中，总是存在一个矛盾：正确的解决问题和快速的解决问题。这个问题在安全领域更加的突出。因此在接下来的几周时间里，我们来聊聊这个矛盾。这个矛盾的如下两个方面，在我们聊的过程中相当的重要：

不管你针对问题的解决方案有多完美，如果没有人使用这个解决方案，都是无用功
不管是处于什么目的，如果你没有使用完美解决方案，那所有的考虑都是白费功夫。因为你的代码里没有实现该解决方案

让我们从这个看起来非常俗气的例子开始吧：C标准库中的 gets() 函数。这个函数的定义如下：

char * gets ( char * str );

gets() 函数的形参只有一个指针。它会从标准输入流中读字符到一块连续的内存地址空间中。这块地址空间的开始位置就是指针 str 指向的位置。当在输入流中遇到文件结束符( EOF )或者换行符(n)时，读取操作结束。当读入换行符(n)时，该字符不会被放入那块连续的地址空间中。在读取结束时， gets() 会自动在内存空间的末尾追加一个 NULL 字符。经过上述这些操作，对于程序员来说，这个函数得到的就是从标准输入进来的，以 NULL 字符结尾的C字符串。如果读入的字符流是一整行的话，行尾的换行符将会被舍去。

这个函数方便，也有局限性。 C程序员们经常使用它读取标准输入。下面的代码是一种典型的应用场景：

代码如下	复制代码
char input[100]; printf("Yes or no?n"); gets(input); /* and so on… */

在过去的30年里，许多C编程社区的同仁们都已经意识到 gets() 函数不安全，而且在保证接口不变的情况下，也无法被改良。原因也比较直观，这个函数只有一个指针作为参数，该指针指向的内存空间将用于保存读入数据。但是 gets() 函数无法知道它需要使用多大的内存空间。如果在标准输入中读入足够长的，不包含换行符的字符留， gets() 函数肯定会覆盖掉指定的内存区域，而程序员对此无能为力。

此外，除了 gets() 函数缺乏安全性，还有它的小伙伴 fgets() 也有问题。这个函数的原型如下：

代码如下	复制代码
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );

str 是一个指针，指向一块内存区域，读入的数据将会存储到这块内存空间。num 是一个整数，指定了内存空间的大小， stream 是一个文件指针，指定了可以从哪里读取。可能第一眼看过去，你会和我当时一样，觉得前面的那段不安全代码，可以使用 fgets() 函数重写，来避免遇到缓冲区溢出的问题。

代码如下	复制代码
char input[100]; printf("Yes or no?n"); fgets(input, 100, stdin); /* and so on… */

不过， gets() 函数和 fgets() 函数有个不同点。fgets() 函数会在遇到换行符时停止，并且其保存到内存中的数据会包含该换行符，而 gets() 函数会排除换行符。因此，就简单的这么重写代码无法实现完全同等的功能。而为了保证代码安全，又实现完全相同的功能，我们就需要检查内存地址中的字符，如果在结尾有换行符，就将其删除。
因此我们可以用拍脑袋的方式，得到下面的代码。这段代码既安全，又能保证和 gets() 函数的行为相同。

代码如下	复制代码
/* This code doesn't work! / char input[100]; printf("Yes or no?n"); fgets(input, 100, stdin); char last = input + strlen(input) – 1; if (last == 'n') last = ''; /* and so on… */

可是，虽然代码变复杂了，但是还是存在一个隐藏问题，该问题会导致程序崩溃，或者有安全隐患。当程序执行时，如果标准输入流已经得到了所有可用的字符，但是还没有遇到文件结束符( EOF), fgets() 函数将会通过将 input[0] 标记为 NULL 字符的形式，直接返回一个 NULL 字符串。此时， strlen(intput) 的返回值为0，因此导致 last 指针指向 input 数组之前的那个字符。因为不能确定这个字符到底是什么，这段代码的行为将因此无法判断。

做个随堂小练习吧，请自行修复一下这段代码。点击这里查看修复方法

在我过去工作过的一家公司里，曾经的经理是一个对安全非常敏感的人，他要求 gets() 函数从所有本地的C库中移除。这个要求，就导致我们经常需要重写从其他地方拿到的代码。所以有下面这段对话，也就不足为奇了。

    A：你发给我的那段代码，你看了吗？我们需要重写里面的部分代码，去掉对 gets() 函数的调用
    B：为什么 gets() 函数不能出现在代码中？
    A：<长篇大论的解释>此处忽略5421个字
    B：哈，有意思
    A：如果你需要的话，我们很乐意发给你修改后的代码
    B：好的，我很乐意，发给我吧。不过现在我能告诉你的是，我们暂时还不能做什么，因为我们只能在客户发现并报告此问题的情况下，才能修改代码。

虽然 gets() 函数早就被公认为不安全的，但是它仍然存在于 C89 和 C99 标准，并最终在 C2011 标准中移除了。但这仅仅是在语言标准中的移除，当我检查自己的一些代码时，发现仍有地方用到了它。而且以我目前对C的了解，更有意思的是，目前在C语言库中，还没有一个安全并且方便的取代 gets() 函数的方法。

各位通读了文章的朋友，能否回答如下几个问题：

    在读此文之前，你知道 gets() 函数是不安全的吗？
    你所工作的地方，有限制使用 gets() 函数的相关规定吗？
    你曾经冲写过代码来避免使用 gets() 函数吗？
    关于 gets() 函数，你有什么想了解的吗？

请下周继续关注此讨论。

2 实战：如何解决 gets() 函数的安全问题

2.1 工具链的安全警告

目前GCC默认就会为包含对 gets() 函数调用的代码，报出警告信息。

比如下面的代码：

代码如下	复制代码
#include int main(void) { char c[5]; gets(c); puts(c); }

就会给出下面的提示信息：

代码如下	复制代码
gets_warn.c:(.text+0xd): warning: the `gets’ function is dangerous and should not be used.

2.2 安全的gets()实现

C11 标准(ISO/IEC 9899:201x)中， gets() 函数被删除，引入了新的函数 gets_s().

C11 K.3.5.4.1 The gets_s function

代码如下	复制代码
#define __STDC_WANT_LIB_EXT1__ 1 #include char gets_s(char s, rsize_t n);

因为目前GCC中还没有完全实现此标准，因此 gets_s() 函数尚未包含在目前的GNU 工具链中。Clang里也暂时没有增加对 gets_s 的支持。

所以最通用的做法，可能是自己实现一个。如下是一种实现方式：

代码如下	复制代码
char gets_s(char str, int num) { if (fgets(str, int, stdin) != 0) { size_t len = strlen(str); if (len > 0 && buffer[len-1] == 'n') buffer[len-1] = ''; return buffer; } return 0; }

2.3 C标准库中其他存在安全隐患的函数

除了像 gets() 函数这类，非常不安全的函数外。C语言中因为缺少对数组越界的检查，指针的广泛使用，导致不少函数如果使用不当，容易被黑客利用，存在安全隐患。

    strcpy : 建议使用 strncpy
    strcat : 建议使用 strncat
    sprintf : 建议使用 snprintf

如果你想自己实现一些字符串操作函数，那么下面这种接口设计值得推荐。即务必要规定好目标地址空间的大小：

size_t foobar(char *dest, size_t buf_size, /* operands here */)

微软在MSDN中也就如何安全的使用C语言标准库接口给出了建议，感兴趣的朋友，可以看看 https://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb288454.aspx。

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