除数为零缺陷分析与防范指南

1. 缺陷概述

除数为零（Divide By Zero）是C/C++编程中常见的安全缺陷，属于CWE-369分类。当程序执行除法或取模运算时，如果除数为零，会导致程序崩溃或产生未定义行为。

基本算数运算符

• + 加法
• - 减法
• * 乘法
• / 除法
• % 取模

安全要求：除法(/)和取模(%)运算的第二个操作数绝对不能为零。

2. 危害分析

主要影响

• 程序崩溃
• 拒绝服务(DoS)漏洞
• 可能导致程序进入未定义状态

实际漏洞案例

1. ImageMagick (CVE-2019-11472)

   • 影响版本：7.0.8-41 Q16
   • 漏洞位置：XWD图像解析组件的ReadXWDImage函数
   • 攻击方式：特制XWD图像文件可导致除零漏洞

2. Wireshark (CVE-2018-19628)

   • 影响版本：2.6.0-2.6.4, 2.4.0-2.4.10
   • 漏洞位置：ZigBee ZCL解析器
   • 攻击方式：畸形数据包导致崩溃

3. elfutils (CVE-2018-18521)

   • 影响版本：0.174
   • 漏洞位置：arlibaddsymbols()函数
   • 问题原因：未正确处理shentsize为零的情况

3. 缺陷代码示例

#include <stdio.h>

void badSink(int data)
{
    /* POTENTIAL FLAW: Possibly divide by zero */
    int result = 100 / data;
    printf(result);
}

void main()
{
    int data;
    /* Initialize data */
    data = -1;
    /* POTENTIAL FLAW: Read data from the console using fscanf() */
    fscanf(stdin, "%d", &data);
    badSink(data);
}

问题分析

1. 第28行使用fscanf()从标准输入读取数据到data
2. 输入来自不可信源，可能为零
3. 第30行进行除法运算时未检查除数是否为零

4. 修复方案

修复代码示例

#include <stdio.h>

void goodSink(int data)
{
    /* FIX: test for a zero denominator */
    if(data != 0)
    {
        int result = 100 / data;
        printf(result);
    }
    else
    {
        printf("Error: Attempt to divide by zero");
    }
}

void main()
{
    int data;
    /* Initialize data */
    data = -1;
    /* POTENTIAL FLAW: Read data from the console using fscanf() */
    fscanf(stdin, "%d", &data);
    goodSink(data);
}

修复要点

1. 在执行除法前检查除数是否为零
2. 为零时提供错误处理路径
3. 使用明确的错误提示信息

5. 防范措施

最佳实践

1. 输入验证：对所有外部输入进行验证，确保除数不为零
2. 防御性编程：在除法运算前添加显式检查
3. 异常处理：为零时提供适当的错误处理逻辑
4. 代码审查：重点关注以下场景：
   • 除数为函数返回值
   • 除数为复杂表达式结果
   • 除数为外部输入数据
5. 静态分析：使用代码卫士等工具进行自动化检测

高风险场景

1. 除数为用户输入数据
2. 除数为网络数据解析结果
3. 除数为文件读取内容
4. 除数为复杂计算表达式结果
5. 除数为可能溢出的变量

6. 检测与验证

静态分析工具

• 使用代码卫士等专业工具检测
• 检测等级：高

测试用例设计

1. 边界值测试：输入0值
2. 异常输入测试：输入可能产生零的表达式
3. 模糊测试：随机生成输入数据

7. 相关资源

1. CWE-369: Divide By Zero (3.2)
2. Samate Juliet Test Suite for C/C++ v1.3
3. 代码卫士静态分析工具

8. 总结

除数为零是常见但严重的安全缺陷，可能导致程序崩溃和拒绝服务。通过输入验证、防御性编程和静态分析工具的综合应用，可以有效预防此类缺陷。开发人员应特别注意来自不可信源的除数，并在所有除法运算前添加显式检查。