CERT C++: ARR30-C

Do not form or use out-of-bounds pointers or array subscripts

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説明

ルール定義

範囲外のポインターまたは配列の添字を形成または使用しないようにします。¹

Polyspace 実装

ルールチェッカーは以下の問題をチェックします。

配列が範囲外にアクセス。
範囲外にアクセスするポインター。
汚染されたインデックスによる配列へのアクセス。
汚染されたオフセットによるポインターのデリファレンス。

チェッカーの拡張

入力値が不明であり、入力のサブセットのみがエラーの原因となっている場合、既定の Bug Finder 解析では "配列が範囲外にアクセス" 問題にフラグを設定しない場合があります。特定のシステム入力値を原因とする "配列が範囲外にアクセス" 問題の有無をチェックするには、より厳密な Bug Finder 解析を実行してください。特定のシステム入力値から欠陥を見つけるための Bug Finder チェッカーの拡張を参照してください。

既定の Bug Finder 解析では、現在の解析境界の外部からの特定の入力に関する "汚染されたインデックスによる配列へのアクセス" または "汚染されたオフセットによるポインターのデリファレンス" 問題にフラグを設定しない場合があります。Polyspace 解析での汚染のソースを参照してください。Polyspace 解析の現在のスコープ以外から発生したすべてのデータを汚染されたものと見なすには、コマンドラインオプション [-consider-analysis-perimeter-as-trust-boundary] を使用します。

例

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配列が範囲外にアクセス

問題

配列が範囲外にアクセスは、配列へのアクセス中に配列のインデックスが範囲 [0...array_size-1] を外れる場合に発生します。

リスク

配列の範囲外へのアクセスは未定義の動作です。予測不能な値を読み取ったり、許可されていない位置へのアクセスを試みてセグメンテーション違反が発生したりする可能性があります。

修正方法

修正方法は欠陥の根本原因によって異なります。たとえば、ループ内の配列にアクセスする際、次のいずれかの状況が発生したとします。

ループの上限が大きすぎる。
ループインデックスより 1 小さい配列インデックスを使用せずに、ループインデックスと同じ配列インデックスを使用している。

この問題を修正するには、ループの範囲または配列インデックスを変更する必要があります。

配列インデックスが配列範囲を超える別の理由として、事前に行われた符号付き整数から符号なし整数への変換が考えられます。この変換はインデックス値のラップアラウンドを発生させる可能性があり、最終的に配列インデックスが配列範囲を超える原因になります。

多くの場合、結果の詳細には欠陥につながる一連のイベントが表示されます。そのシーケンス内のどのイベントについても修正を実装できます。結果の詳細にイベント履歴が表示されない場合は、ソースコード内で右クリックオプションを使用して逆のトレースを行い、これまでの関連するイベントを確認できます。Polyspace デスクトップユーザーインターフェイスでの Bug Finder の結果の解釈も参照してください。

以下の修正例を参照してください。

問題を修正しない場合は、改めてレビューされないように結果またはコードにコメントを追加します。詳細は、以下を参照してください。

Polyspace ユーザーインターフェイスでのバグ修正または正当化による結果への対処(Polyspace ユーザーインターフェイスで結果をレビューする場合)
Polyspace Access でのバグ修正または正当化による結果への対処 (Polyspace Access)(Web ブラウザーで結果をレビューする場合)。
コードへの注釈付けと既知の結果または許容可能な結果の非表示 (IDE で結果をレビューする場合)

例 - 配列が範囲外にアクセスエラー

#include <stdio.h>

void fibonacci(void)
{
    int i;
    int fib[10];
 
    for (i = 0; i < 10; i++) 
       {
        if (i < 2) 
            fib[i] = 1;
         else 
            fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2];
       }

    printf("The 10-th Fibonacci number is %i .\n", fib[i]); //Noncompliant
    
}

配列 fib にはサイズ 10 が割り当てられています。fib の配列インデックスに許可される値は [0,1,2,...,9] です。変数 i が for ループから出るときの値は 10 です。したがって、printf ステートメントは i を用いて fib[10] にアクセスしようと試みます。

修正 — 配列のインデックスを配列の範囲内に維持

1 つの修正方法として、for ループの後で、fib[i] ではなく fib[i-1] を出力するとします。

#include <stdio.h>

void fibonacci(void)
{
   int i;
   int fib[10];

   for (i = 0; i < 10; i++) 
    {
        if (i < 2) 
            fib[i] = 1;
        else 
            fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2];
    }

    /* Fix: Print fib[9] instead of fib[10] */
    printf("The 10-th Fibonacci number is %i .\n", fib[i-1]); 
}

printf ステートメントは、fib[10] ではなく fib[9] にアクセスします。

範囲外にアクセスするポインター

問題

範囲外にアクセスするポインターは、ポインターが範囲外でデリファレンスされる場合に発生ます。

ポインターにアドレスが割り当てられると、そのポインターにメモリのブロックが関連付けられます。そのポインターを使用してそのブロック外のメモリにアクセスすることはできません。

リスク

範囲外のポインターのデリファレンスは未定義の動作です。予測不能な値を読み取ったり、許可されていない位置へのアクセスを試みてセグメンテーション違反が発生したりする可能性があります。

修正方法

修正方法は欠陥の根本原因によって異なります。たとえば、ループ内のポインターをデリファレンスする際、次のいずれかの状況が発生したとします。

ループの上限が大きすぎる。
ポインターをインクリメントするためにポインター演算を使用する際、不適切な値でポインターを進めている。

この問題を修正するには、ループの範囲またはポインターのインクリメント値を変更する必要があります。

以下の修正例を参照してください。

問題を修正しない場合は、改めてレビューされないように結果またはコードにコメントを追加します。詳細は、以下を参照してください。

Polyspace ユーザーインターフェイスでのバグ修正または正当化による結果への対処(Polyspace ユーザーインターフェイスで結果をレビューする場合)
Polyspace Access でのバグ修正または正当化による結果への対処 (Polyspace Access)(Web ブラウザーで結果をレビューする場合)。
コードへの注釈付けと既知の結果または許容可能な結果の非表示 (IDE で結果をレビューする場合)

例 - 範囲外にアクセスするポインターエラー

int* Initialize(void)
{
 int arr[10];
 int *ptr=arr;

 for (int i=0; i<=9;i++)
   {
    ptr++;
    *ptr=i; //Noncompliant
   }

 return(arr);
}

ptr には、サイズ 10*sizeof(int) のメモリブロックを指すアドレス arr が割り当てられます。for ループで、ptr は 10 回インクリメントされます。ループの最後の反復で、ptr は割り当てられたメモリブロックの外を指します。したがって、デリファレンスはできません。

修正 — ポインターが範囲内にあることをチェック

1 つの修正方法として、ptr のインクリメントとデリファレンスの順序を逆にすることができます。

int* Initialize(void)
{
 int arr[10];
 int *ptr=arr;

 for (int i=0; i<=9;i++)
     {
      /* Fix: Dereference pointer before increment */
      *ptr=i;
      ptr++;
     }

 return(arr);
}

最後のインクリメントの後で ptr は割り当てられたメモリブロックの外を指しますが、もうデリファレンスされることはありません。

汚染されたインデックスによる配列へのアクセス

問題

汚染されたインデックスによる配列へのアクセスは、配列に対する読み取りや書き込みにおいて、検証されていない汚染されたインデックスが使用される場合を検出します。

リスク

インデックスは有効な配列範囲を外れている可能性があります。汚染されたインデックスが配列範囲を外れていると、以下の原因となることがあります。

バッファーアンダーフローまたはアンダーライト — バッファーの先頭より前のメモリへの書き込み。
バッファーオーバーフロー — バッファーの末尾より後のメモリへの書き込み。
バッファーのオーバーリード — 対象バッファーの末尾より後のメモリへのアクセス。
バッファーのアンダーリード、すなわち、対象バッファーの先頭より前のメモリへのアクセス。

攻撃者は無効な読み取りや書き込みの操作を利用して、プログラムに問題を生じさせることができます。

修正方法

インデックスを使用して配列にアクセスする前に、インデックス値を検証して、それが配列範囲内にあることを確認します。

例 - インデックスを使用してバッファーの値を返す

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE100 100
extern int tab[SIZE100];
static int tainted_int_source(void) {
  return strtol(getenv("INDEX"),NULL,10);
}
int taintedarrayindex(void) {
	int num = tainted_int_source();
    return tab[num];//Noncompliant  
}

この例では、インデックス num により配列 tab にアクセスします。この関数は、num が tab の範囲内にあるかどうかをチェックしません。

修正 — 使用前に範囲をチェック

1 つの修正方法として、num が範囲内にあることを使用前にチェックします。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#define SIZE100 100
extern int tab[SIZE100];
static int tainted_int_source(void) {
	return strtol(getenv("INDEX"),NULL,10);
}
int taintedarrayindex(void) {
	int num = tainted_int_source();
	if (num >= 0 && num < SIZE100) {
		return tab[num]; 
	} else {
		return -1;
	}
}

汚染されたオフセットによるポインターのデリファレンス

問題

汚染されたオフセットによるポインターのデリファレンスでは、不明なソースまたはセキュリティで保護されないソースに由来するオフセット変数を使用したポインターのデリファレンス (読み取りか書き込みのいずれか) を検出します。

このチェックでは、動的に割り当てられたバッファーに注目します。静的バッファーのオフセットについては、汚染されたインデックスによる配列へのアクセスを参照してください。

リスク

バッファーアンダーフローまたはアンダーライト、すなわち、バッファーの先頭より前でのメモリへの書き込み。
バッファーオーバーフロー、すなわち、バッファーの末尾より後でのメモリへの書き込み。
バッファーオーバーリード、すなわち、対象バッファーの末尾より後でのメモリへのアクセス。
バッファーのアンダーリード、すなわち、対象バッファーの先頭より前のメモリへのアクセス。

攻撃者は、無効な読み取りや書き込みを使用してプログラムを侵害できます。

修正方法

変数を使用してポインターにアクセスする前に、インデックスを検証します。変数が有効範囲内にありオーバーフローしないことを確認します。

例 - ポインター配列のデリファレンス

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
enum {
    SIZE10  =  10,
    SIZE100 = 100,
    SIZE128 = 128
};
extern void read_pint(int*);

int taintedptroffset(void) {
    int offset;
    scanf("%d",&offset);
    int* pint = new int [SIZE10];
    int c = 0;
    if(pint) {
        /* Filling array */
        read_pint(pint);
        c = pint[offset];//Noncompliant
        delete pint;
    }
    return c;
}

この例では、関数が整数ポインター pint を初期化しています。ポインターは、入力インデックス i を使用してデリファレンスされています。i の値はポインター範囲外である可能性があり、値域外エラーの原因となります。

修正 — デリファレンス前にインデックスをチェック

1 つの修正方法として、インデックスの値を検証します。インデックスが有効範囲内にあれば、ポインターのデリファレンスを続行します。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
enum {
    SIZE10  =  10,
    SIZE100 = 100,
    SIZE128 = 128
};
extern void read_pint(int*);

int taintedptroffset(void) {
    int offset;
    scanf("%d",&offset);
    int* pint = (int*)calloc(SIZE10, sizeof(int));
    int c = 0;
    if (pint) {
        /* Filling array */
        read_pint(pint);
        if (offset>0 && offset<SIZE10) {
            c = pint[offset];
        }
        free(pint);
    }
    return c;
}

チェック情報

グループ: 04.コンテナー (CTR)

バージョン履歴

R2019a で導入

参考

SEI CERT-C++ をチェック (-cert-cpp)

トピック

コーディング規約違反のチェックおよびレビュー

外部の Web サイト

ARR30-C

¹ This software has been created by MathWorks incorporating portions of: the “SEI CERT-C Website,” © 2017 Carnegie Mellon University, the SEI CERT-C++ Web site © 2017 Carnegie Mellon University, ”SEI CERT C Coding Standard – Rules for Developing safe, Reliable and Secure systems – 2016 Edition,” © 2016 Carnegie Mellon University, and “SEI CERT C++ Coding Standard – Rules for Developing safe, Reliable and Secure systems in C++ – 2016 Edition” © 2016 Carnegie Mellon University, with special permission from its Software Engineering Institute.

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