SD14. 범위 초과해서 읽기 — 길이 동반 전달로 치환

원본 항목: Part 1-3. 메모리 경계 계열 — 14. 범위 초과해서 읽기 CWE-125 repo 폴더: sd14_readoverflow/ (빌드·실행은 §3-1) 목표 시간: 1회차 12분 / 2회차 7분 / 3회차 5분 SD11~13은 전부 “쓰기(write)” 오버플로우였다. 이 항목은 “읽기(read)” 오버플로우다 — 겉보기에는 크래시하지 않고 조용히 넘어갈 수도 있어서 더 위험하다는 걸 체감한다.

이 드릴의 문서 구성 (SD01~SD58 공통)

① 요구사항서 — 어떤 코드가 뚫려 있고, 무엇을 만드나. ② pseudo code 템플릿 — Bad 와 Good 의 뼈대이고, 회차마다 가린다. ③ 테스트 코드 — 공격은 막히고 정상은 통과해야 끝이다. ④ 자주 하는 실수 ⑤ 모범답안 — 맨 뒤에 접어 둔다.

변형 A/B/C 는 같은 치환 규칙을 다른 소재로 다시 치는 것이다.

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0. 이 드릴로 체화할 것

- return arr[idx];                                    /* 상한 검사 없음 */
+ if (idx < 0 || (size_t)idx >= size) return -1;       /* 배열과 "길이"를 항상 같이 받는다 */
+ *out = arr[idx];

배열 포인터를 넘길 때는 반드시 길이도 함께 넘긴다. “포인터 단독 전달”이 out-of-bounds read의 근본 원인이다.

회차별 진행

회차	변형	보는 것	순서
1회차	A 배열 인덱스 조회	① 요구사항서 ② pseudo code 전체	1. Bad 를 그대로 쳐서 취약점을 관찰한다. 2. Good pseudo 를 한 줄씩 코드로 바꾼다. 3. ③ 테스트를 실행한다.
2회차	B 문자열 배열(char*[]) 조회	① 요구사항서 ② pseudo code 의 번호와 제목만 (Level 2)	1. Bad 를 치고 취약점을 확인한다. 2. 번호만 보고 Good 을 쓴다. 3. ③ 테스트를 실행한다.
3회차	C 2차원 배열(행렬) 조회	① 요구사항서만	1. ③ 테스트를 먼저 읽는다. 2. 백지에서 Bad 부터 Good 까지 재현한다.

1회차에 막히면 같은 변형을 한 번 더 친다. 3회차를 통과하면 A 를 백지로 다시 친다.

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1. 요구사항서

1-A. 변형 A — 배열 인덱스 조회

정수 배열과 인덱스를 받아 해당 위치의 값을 반환한다.

• 인덱스가 배열 크기를 벗어나면 안전하게 실패 처리해야 한다.

함수

int read_at_index_bad(const int *arr, int idx);
int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out);

공격 입력표

idx (배열 크기 3)	Bad 결과	이유
2 (정상)	정상 값 반환	유효 인덱스(0~2)
5 (범위 초과)	힙 버퍼 오버리드로 크래시	배열 뒤 힙 메모리를 읽는다 — 다른 데이터·포인터 값이 새어나갈 수 있다

1-B. 변형 B — 문자열 배열(char*[]) 조회

범위를 넘으면 포인터 값 자체가 유출될 수 있다는 점(ASLR 무력화로 이어지는 이유)을 노트에 적어본다

1-C. 변형 C — 2차원 배열(행렬) 조회

data[row][col] 형태에서 row, col 양쪽 모두 범위를 검사해야 하는 이유를 확인

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2. pseudo code 템플릿 — 보고 쳐서 익힌다

사용법 변형별로 아래 pseudo code 를 소스 파일에 주석만 복사한다. 코드는 주석을 보고 내가 쓴다. 다 쓰면 [ ] 를 x 로 바꾼다. 막히면 §5 모범답안(A)의 해당 단계만 본다.

2-A. read_at_index_good — Level 1 (1회차, 전부 본다)

먼저 Bad 를 그대로 쳐서 §3 의 test_bad_is_vulnerable 이 통과하는지(= 실제로 뚫리는지) 확인한다. 그다음 Good 을 쓴다.

int read_at_index_bad(const int *arr, int idx)
{
    /* 1. return arr[idx]   ← 범위 검사 없음 */
}
 
int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out)
{
    /* [ ] 1. 범위 검사 (읽기 전)
     *        idx < 0 또는 (size_t)idx >= size → return -1 */
 
    /* [ ] 2. *out = arr[idx]
     *        값은 out 으로, 상태는 리턴으로 분리한다 */
 
    /* [ ] 3. return 0 */
}

2-B. read_at_index_good — Level 2 (2회차, 번호와 제목만 본다)

int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out)
{
    /* [ ] 1. 범위 검사 (읽기 전) */
 
    /* [ ] 2. *out = arr[idx] */
 
    /* [ ] 3. return 0 */
}

2-C. read_at_index_good — Level 3 (3회차, 백지)

int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out)
{
    /* 아무것도 안 본다.
     * §1 요구사항서와 §0 의 치환 규칙만 보고 친다.
     *
     * 막히면 아래만 찾아본다.
     *   - 배열과 **길이를 항상 같이** 받는다
     *   - 하한(`< 0`)을 빼먹지 않는다
     */
}

막혔을 때 찾는 순서

1. 컴파일 에러가 나면 에러 문구를 본다. unknown type name / implicit declaration 이면 include 누락이다.
2. man 3 <함수> 를 연다. SYNOPSIS 맨 위의 #include 를 확인한다.
3. 로직이 막히면 §3 테스트의 기대값을 먼저 읽는다. 공격 입력표(§1)와 테스트가 답이다.
4. 그래도 안 되면 모범답안의 해당 단계 하나만 본다.

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3. 테스트 코드 — 이게 통과하면 끝

sd14_readoverflow/src/arr_read.h
sd14_readoverflow/src/arr_read.c
sd14_readoverflow/test/test.c

시험 구조는 고정이다 (SD01~SD58 공통)

1. Bad 가 실제로 뚫린다. 이 시험이 실패하면 Bad 를 잘못 옮겨 적은 것이다.
2. Bad 도 정상 입력은 처리한다.
3. Good 이 같은 공격을 막는다.
4. Good 이 정상 입력까지 막지 않는다. (과잉 차단 없음)

3-A. 변형 A 시험 — 이 형태를 고정한다

#define _DEFAULT_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include "arr_read.h"
 
static int g_fail = 0;
#define T_TRUE(cond, msg) \
    do { if (!(cond)) { g_fail++; \
        printf("  X %s:%d %s\n", __func__, __LINE__, msg); } } while (0)
 
static int expect_crash(void (*fn)(void))
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) { fn(); _exit(0); }
    int status = 0;
    waitpid(pid, &status, 0);
    if (WIFSIGNALED(status)) return 1;
    if (WIFEXITED(status) && WEXITSTATUS(status) != 0) return 1;
    return 0;
}
 
static int *g_arr;
static int g_idx;
static void call_bad(void) { (void)read_at_index_bad(g_arr, g_idx); }
 
static void test_bad_is_vulnerable(void)
{
    int *arr = malloc(3 * sizeof(int));
    arr[0] = 1; arr[1] = 2; arr[2] = 3;
    g_arr = arr; g_idx = 5;
    T_TRUE(expect_crash(call_bad) == 1,
        "Bad는 배열 경계를 넘는 인덱스를 읽으면 크래시해야 한다(취약점 재현)");
    free(arr);
}
 
static void test_bad_normal(void)
{
    int *arr = malloc(3 * sizeof(int));
    arr[0] = 1; arr[1] = 2; arr[2] = 3;
    g_arr = arr; g_idx = 2;
    T_TRUE(expect_crash(call_bad) == 0, "유효 인덱스는 크래시 없이 정상 동작해야 한다");
    free(arr);
}
 
static void test_good_blocks_overread(void)
{
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    int out;
    T_TRUE(read_at_index_good(arr, 3, 5, &out) == -1, "Good은 범위 밖 인덱스를 거부해야 한다");
}
 
static void test_good_normal(void)
{
    int arr[3] = {1, 2, 3};
    int out;
    T_TRUE(read_at_index_good(arr, 3, 2, &out) == 0, "정상 인덱스는 성공해야 한다");
    T_TRUE(out == 3, "읽은 값이 정확해야 한다");
}
 
int main(void)
{
    test_bad_is_vulnerable();
    test_bad_normal();
    test_good_blocks_overread();
    test_good_normal();
    printf(g_fail ? "FAIL %d\n" : "PASS\n", g_fail);
    return g_fail ? 1 : 0;
}

3-B · 3-C. 변형 B / C 시험

3-A 와 같은 4종 구조에서 호출 함수와 입력만 바꾼다.

변형 B — 문자열 배열(char*[]) 조회

입력	Bad	Good
char *names[N] 에서 idx = N	범위 밖 포인터 값을 읽는다 (주소 유출)	-1
idx = N - 1	정상	정상

변형 C — 2차원 배열(행렬) 조회

입력	Bad	Good
data[row][col] 에서 col 만 범위 밖	옆 행의 값을 읽는다	-1 (row, col 양쪽 검사)
row, col 모두 범위 안	정상	정상

3-1. 빌드와 실행 (Makefile, gcc)

Makefile 은 템플릿 체화 드릴 README 와 같은 파일이다. recipe 줄은 반드시 탭으로 들여쓴다.

공통 Makefile (gcc)

# ~/cdrill/Makefile  (템플릿 체화 드릴과 같은 파일)
# 사용법:  make D=sd01_sqli V=main SRC="common/mock_db.c sd01_sqli/src/sql_auth.c sd01_sqli/test/test.c"
CC       := gcc
CFLAGS   := -Wall -Wextra -Werror -std=c11 -D_POSIX_C_SOURCE=200809L -g -DUNIT_TEST -Icommon -I$(D)/src
SAN      := -fsanitize=address,undefined -fno-omit-frame-pointer
LDLIBS   ?= -pthread
 
D        ?= d1_pure
V        ?= main
SRC      ?= $(D)/src/$(V).c $(D)/test/test_$(V).c
BIN      := build/$(D)_$(V)
 
all: run
 
build:
	@mkdir -p build
 
$(BIN): build $(SRC)
	$(CC) $(CFLAGS) $(SAN) $(SRC) $(LDLIBS) -o $(BIN)
 
run: $(BIN)
	@echo "── run ──────────────────────────────"
	@./$(BIN)
 
check: $(BIN)
	@./$(BIN) && echo "PASS" || (echo "FAIL"; exit 1)
 
clean:
	rm -rf build
 
.PHONY: all run check clean build

실행 명령이다.

make D=sd14_readoverflow V=main SRC="sd14_readoverflow/src/arr_read.c sd14_readoverflow/test/test.c"

• 마지막 줄이 PASS 이고 경고 0 이면 통과다.
• -Werror 때문에 컴파일이 안 되면 테스트 이전에 코드를 고친다.

참고: Makefile 없이 순수 gcc 로 실행

mkdir -p build
gcc -Wall -Wextra -Werror -std=c11 -D_POSIX_C_SOURCE=200809L -g -DUNIT_TEST \
    -Icommon -Isd14_readoverflow/src \
    -fsanitize=address,undefined -fno-omit-frame-pointer \
    sd14_readoverflow/src/arr_read.c sd14_readoverflow/test/test.c \
    -pthread -o build/sd14_readoverflow_main
./build/sd14_readoverflow_main

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4. 자주 하는 실수

실수	왜 문제인가
”읽기”라서 검사를 생략해도 된다고 생각함	읽기 오버플로우는 크래시가 없을 때도 있다(매핑된 페이지라면). 대신 세션 토큰·키 같은 민감정보가 반환값에 실려 유출된다 — 쓰기보다 더 늦게 발견된다
함수가 값과 에러를 같은 채널로 반환(int read_at_index(...) 하나로 값과 -1 에러를 겸용)	정상 값이 우연히 -1 일 때 구분이 안 된다. 이 드릴처럼 리턴값은 상태 전용, 실제 값은 출력 인자(*out)로 분리하는 습관을 들인다
size 를 int 로 받아서 음수 크기가 들어올 가능성을 열어둠	배열 크기는 개념적으로 음수일 수 없다. size_t 로 받아 타입 자체가 음수를 표현 못 하게 한다

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5. 모범답안 (변형 A)

다 치고 나서 열 것 — arr_read.h / arr_read.c

헤더 (arr_read.h)

#ifndef ARR_READ_H
#define ARR_READ_H
#include <stddef.h>
int read_at_index_bad(const int *arr, int idx);
int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out);
#endif

구현 (arr_read.c)

#include "arr_read.h"
 
int read_at_index_bad(const int *arr, int idx)
{
    return arr[idx];
}
 
int read_at_index_good(const int *arr, size_t size, int idx, int *out)
{
    if (idx < 0 || (size_t)idx >= size) return -1;
    *out = arr[idx];
    return 0;
}

눈여겨볼 점: read_at_index_bad 는 인자가 2개, read_at_index_good 은 4개다. 늘어난 두 개(size, int *out)가 이 항목이 요구하는 방어 그 자체다 — 길이를 동반하고, 값과 상태를 분리한다.

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관련 노트

• 시큐어코딩 체화 드릴 목록
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