错误的内存释放对象缺陷分析与防护指南

1. 缺陷概述

错误的内存释放对象（CWE-590: Free of Memory not on the Heap）是指程序尝试释放非动态分配的内存，导致内存数据结构损坏的安全缺陷。这种缺陷可能导致程序崩溃、拒绝服务攻击，在某些情况下甚至可能被利用来修改关键程序变量或执行恶意代码。

2. C/C++内存分配方式

C/C++程序内存分配主要有三种方式：

1. 静态存储区域分配

   • 存放全局变量和static变量
   • 内存在程序编译时分配
   • 程序运行期间不会被回收

2. 栈上分配

   • 由编译器自动分配
   • 存放函数参数值和局部变量
   • 函数执行结束时自动释放
   • 注意：alloca()函数是向栈申请内存的

3. 堆上分配（动态分配）

   • 由程序员手动分配和释放
   • 使用malloc/calloc/realloc分配，free释放
   • 或使用new/new[]分配，delete/delete[]释放

关键点：只有第三种堆上分配的内存需要程序员手动释放，对前两种内存进行手动释放会导致错误的内存释放对象问题。

3. 缺陷危害

错误的内存释放对象可能导致：

• 程序内存数据结构损坏
• 程序崩溃
• 拒绝服务攻击(DoS)
• 可能被利用修改关键程序变量
• 可能被利用执行恶意代码

CVE案例（2018-2019）：

• CVE-2018-7554：sam2p中的ReadImage函数无效释放导致DoS
• CVE-2018-7552：sam2p中的Mapping::DoubleHash::clear函数无效释放导致DoS
• CVE-2018-7551：sam2p中的MiniPS::delete0函数无效释放导致DoS
• CVE-2018-15857：xkbcommon中的ExprAppendMultiKeysymList函数无效释放导致解析器崩溃

4. 缺陷代码示例

// 缺陷代码示例
void bad()
{
    char * data;
    data = (char *)alloca(100*sizeof(char)); // 栈上分配内存
    // ... 使用data的代码 ...
    delete [] data; // 错误：尝试释放栈内存
}

问题分析：

• 第2行使用alloca()函数在栈上申请内存
• 第5行错误地使用delete[]尝试释放栈内存
• 这会导致"错误的内存释放对象"问题

5. 修复方案

5.1 正确修复代码

// 修复后的代码
void good()
{
    char * data;
    data = new char[100]; // 堆上动态分配内存
    // ... 使用data的代码 ...
    delete [] data; // 正确：释放动态分配的内存
}

修复要点：

• 使用new[]在堆上动态分配内存
• 使用delete[]正确释放动态分配的内存
• 确保分配和释放方式匹配（new对应delete，new[]对应delete[]）

5.2 其他修复建议

1. 对于栈内存（如局部变量、alloca分配的内存）：

   • 不要手动释放
   • 让编译器自动管理其生命周期

2. 对于静态存储区域内存（如全局变量、static变量）：

   • 不要手动释放
   • 其生命周期与程序相同

3. 对于动态分配的内存：

   • 确保分配和释放配对使用
   • 使用malloc/calloc/realloc分配的内存使用free释放
   • 使用new分配的内存使用delete释放
   • 使用new[]分配的内存使用delete[]释放

6. 防护最佳实践

1. 明确内存来源：

   • 在释放内存前，确认内存是通过动态分配方式获得的
   • 对于复杂程序结构（如多条件分支），确保释放路径正确

2. 了解特殊函数行为：

   • alloca()：在栈上分配内存，不要手动释放
   • realloc()：只能用于重新分配由malloc/calloc/realloc分配的内存
     • 错误示例：realloc()的第一个参数指向非动态分配的内存

3. 代码审查要点：

   • 检查所有free/delete/delete[]操作
   • 确认被释放的内存确实来自动态分配
   • 特别注意条件分支中的内存释放操作

4. 使用静态分析工具：

   • 使用如360代码卫士等工具进行自动化检测
   • 配置工具规则检测潜在的错误内存释放

5. 编码规范建议：

   • 统一内存管理策略（如使用RAII、智能指针）
   • 避免混合使用不同内存分配/释放方式
   • 对动态分配的内存添加明确的注释说明

7. 相关CWE条目

• CWE-590: Free of Memory not on the Heap
• 相关缺陷：
  • CWE-415: Double Free（双重释放）
  • CWE-416: Use After Free（释放后使用）
  • CWE-762: Mismatched Memory Management Routines（内存管理例程不匹配）

8. 总结

错误的内存释放对象是C/C++程序中常见的内存管理错误，可能导致严重的安全问题。开发人员应当：

1. 清楚区分不同类型的内存分配方式
2. 只释放动态分配的内存
3. 确保分配和释放方式正确匹配
4. 使用工具辅助检测潜在问题
5. 遵循良好的内存管理实践

通过遵循这些原则，可以有效避免错误的内存释放对象缺陷，提高程序的稳定性和安全性。