在网络空间安全的攻防博弈中,软件安全漏洞的利用是常用且关键的技术,随着安全防护技术如数据执行保护(DEP)和地址空间随机化(ASLR)的提出和应用,攻击者的攻击方式也在不断改进,从代码注入攻击发展到代码复用攻击。ROP(Return Oriented Programming)是目前最为流行的代码复用攻击方式,广泛地应用于软件漏洞利用中。针对ROP攻击,很多防护方案被提出,如控制流完整性(CFI)、细粒度随机化等,细粒度的防护可以大大提升系统的安全性,但并没有完全消除ROP攻击,此外这类方案往往也面临着很高的性能开销。近年来,基于栈指针完整性(SPI)的防护方案被提出,通过检查栈指针的完整性来检测ROP的栈转移特性,从而抵御ROP攻击。因为常见的ROP攻击通常会将栈指针转移到攻击载荷的位置,所以这种检测方法能有效检测ROP,此外,这种方法通常具有较低的性能开销,是一种实用的防护手段。本文对现有栈指针完整性检测方案进行了安全分析,发现现有方案仍存在着不足,一方面这些方案没有对用作栈边界的基准值数据进行安全保护,另一方面检查策略不够细粒度。对此,本文提出一种通过篡改方案基准值绕过栈指针完整性检查的攻击方法,实验和分析证明攻击对现有防护方案有效,且实现较为简单。为了弥补已有方案的不足,本文重新分析了 ROP栈转移特征,选取间接分支指令作为检查点,结合栈界限检查和影子栈技术,提出一种改进的细粒度栈指针完整性检查方法MSPI(改进的栈指针完整性)。本文基于LLVM插桩框架实现了MSPI方案,实验结果证明,MSPI可以检测到栈内和栈外的ROP栈转移,以及对栈范围基准值的篡改,从而有效地检测ROP攻击。