4. Mitigando Ataques de Heap Spraying com Limites de Memória

Introdução

O heap spraying é uma técnica de exploração de software que tem sido usada por invasores há anos para aumentar a probabilidade de sucesso de seus ataques. A técnica envolve o preenchimento do heap de uma aplicação com uma grande quantidade de dados controlados pelo invasor, geralmente contendo shellcode. Este artigo explora como o heap spraying funciona, por que é eficaz e como as mitigações modernas, como os limites de alocação de memória, podem ser usadas para se defender contra essa ameaça.

O Que é Heap Spraying?

O heap é uma região da memória utilizada para alocação dinâmica. Quando uma aplicação precisa de memória em tempo de execução, ela a solicita do heap. O heap spraying aproveita o fato de que, em muitas arquiteturas e sistemas operacionais, a localização de grandes alocações de heap é previsível [1].

Em um ataque de heap spraying, o invasor faz com que a aplicação vulnerável aloque uma grande quantidade de memória e a preencha com dados controlados. Esses dados geralmente consistem em uma grande “cama” de instruções NOP (No-Operation) seguidas por um shellcode. O objetivo é aumentar a probabilidade de que, se o invasor conseguir corromper um ponteiro de função e fazê-lo apontar para o heap, a execução deslize pelo NOP sled até alcançar o shellcode.

O heap spraying é particularmente eficaz em navegadores da web, onde um invasor pode usar JavaScript ou outras tecnologias para alocar grandes quantidades de memória e preenchê-la com dados maliciosos.

Por Que o Heap Spraying é Eficaz?

O heap spraying transforma um ataque de baixa confiabilidade em um ataque com alta probabilidade de sucesso. Sem ele, um invasor teria que adivinhar o endereço exato do shellcode, algo dificultado por mitigações como o Address Space Layout Randomization (ASLR). Já com o heap spraying, basta que o ponteiro de função aponte para qualquer posição dentro da região pulverizada, aumentando drasticamente as chances de êxito.

Mitigando o Heap Spraying com Limites de Memória

Felizmente, existem diversas técnicas capazes de reduzir a eficácia do heap spraying. Uma das mais eficazes é a imposição de limites de alocação de memória. Ao restringir a quantidade de memória que uma aplicação, script ou processo pode alocar, o sistema operacional dificulta a criação de regiões grandes o suficiente para garantir o sucesso da exploração.

Entretanto, é importante equilibrar essa estratégia: limites muito restritivos podem afetar negativamente aplicações legítimas que exigem alto consumo de memória. Assim, a configuração deve ser cuidadosamente ajustada conforme o perfil de uso esperado.

Outras técnicas complementares incluem:

• NOZZLE: Projeto da Microsoft Research que detecta e previne heap spraying monitorando a atividade do heap e procurando por padrões de alocação suspeitos [2].
• Randomização do heap: Embora o ASLR randomize a localização do heap, alocações grandes ainda podem ser previsíveis. Soluções como o RandHeap introduzem maior aleatoriedade [3].
• Detecção de NOP sleds: Algumas soluções de segurança buscam identificar grandes regiões de NOPs na memória, um forte indicativo de ataque [4]

Além disso, técnicas como DEP (Data Execution Prevention) e ASLR fortalecem a defesa em profundidade, tornando muito mais difícil para o invasor executar código injetado, mesmo que consiga explorar vulnerabilidades de memória.

Conclusão

O heap spraying foi, durante anos, uma técnica poderosa em ataques contra navegadores e aplicações vulneráveis. Hoje, sua eficácia foi reduzida significativamente graças à evolução das defesas, como limites de alocação de memória, randomização avançada do heap e monitoramento de padrões de alocação suspeitos. Ainda assim, continua sendo uma ameaça relevante em sistemas desatualizados ou sem mecanismos modernos de proteção.

Uma abordagem de defesa em camadas — combinando limites de memória, DEP, ASLR, randomização de heap e monitoramento comportamental — é fundamental para mitigar riscos.

O  Cortex XSIAM e a Detecção de Heap Spraying

Soluções modernas de segurança, como o Cortex XSIAM da Palo Alto Networks, ampliam essa defesa ao adotar uma abordagem baseada em inteligência artificial e análise comportamental. O XSIAM coleta telemetria em larga escala e é capaz de identificar padrões anômalos de consumo e alocação de memória que podem indicar tentativas de heap spraying.

Ao correlacionar eventos em tempo real com dados de ameaças conhecidas e indicadores de comportamento malicioso, o XSIAM ajuda equipes de segurança a detectar e responder rapidamente a ataques antes que eles alcancem a execução de código. Dessa forma, mesmo que um invasor tente explorar uma aplicação vulnerável, o monitoramento contínuo e automatizado pode bloquear a ameaça ou disparar alertas para investigação imediata.

Assim, a combinação de mitigações técnicas locais (limites de memória, randomização e DEP/ASLR) com ferramentas avançadas de detecção como o Cortex XSIAM proporciona uma defesa robusta contra ataques de heap spraying, elevando o nível de segurança tanto em ambientes corporativos quanto em aplicações críticas.

Referências

[1] Wikipedia. (n.d.). Heap spraying. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Heap_spraying (Acesso em: 16 set. 2025)

[2] Ratanaworabhan, P., Livshits, B., & Zorn, B. (2009). NOZZLE: A Defense Against Heap-spraying Code Injection Attacks. Microsoft Research. https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2016/02/usenixsec09b.pdf (Acesso em: 16 set. 2025)

[3] CHEN, Jinyu; et al. S2malloc: Statistically Secure Allocator for Use-After-Free Protection And More. arXiv preprint, arXiv:2402.01894, 2024. Disponível em: https://arxiv.org/abs/2402.01894. (Acesso em: 16 set. 2025)

[4] Identification of Arbitrary Length Shellcode for the Intel x64 Architecture as a NOP Sled. (n.d.). IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore. https://ieeexplore.ieee.org/document/10963744 (Acesso em: 16 set. 2025)