Preview

Труды Института системного программирования РАН

Расширенный поиск

Программный комплекс для выявления недекларированных возможностей в условиях отсутствия исходного кода

https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-3

Полный текст:

Аннотация

Обнаружение недекларированных возможностей программного обеспечения является одной из основных задач анализа безопасности бинарного кода. Автоматизация решения этой задачи затруднена и требует участия эксперта информационной безопасности. Существующие решения ориентированы на ручную работу аналитика, автоматизация его действий не несет в себе системный характер. В случае отсутствия необходимого инструментария аналитик лишается необходимой поддержки и вынужден самостоятельно заниматься разработкой инструментов, что сильно отдаляет его от получения необходимых практических результатов. В данной работе представлен программный комплекс, решающий задачу выявления недекларированных возможностей в целом: от создания контролируемой среды выполнения до подготовки высокоуровневого описания интересующего алгоритма. Представлен пакет инструментов разработчика QEMU QDT, предлагающий поддержку жизненного цикла разработки виртуальных машин, включая вопросы специализированного тестирования и отладки. Представлено высокоуровневое иерархическое представление алгоритма программы на основе блок-схем, а также алгоритм его построения. Предложенное представление основано на гиперграфе и позволяет реализовать ручной анализ потока данных на различных уровнях детализации. В будущем разработанное представление может использоваться для реализации алгоритмов автоматического анализа. Предложен подход к повышению качества полученного представления алгоритма с помощью объединения отдельных потоков данных в один, связывающий логические модули алгоритма. Для оценки результата построения высокоуровневого представления алгоритма разработан набор тестов на основе реальных программ и модельных примеров.

Об авторах

Александр Борисович Бугеря
Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Научный сотрудник ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, программист в ИСП РАН


Василий Юрьевич Ефимов
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Младший научный сотрудник


Иван Иванович Кулагин
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
Россия
Кандидат технических наук, инженер


Вартан Андроникович Падарян
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИСП РАН, доцент кафедры системного программирования ВМК МГУ


Михаил Александрович Соловьев
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова
Россия
Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИСП РАН, старший преподаватель кафедры системного программирования ВМК МГУ


Андрей Юрьевич Тихонов
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Россия
Преподаватель


Список литературы

1. The IDA Pro disassembler and debugger. URL http://www.hex-rays.com/idapro/, accessed 20.11.2019.

2. NSA, Ghidra is a software reverse engineering (SRE) framework. NSA. URL https://github.com/NationalSecurityAgency/ghidra, accessed 20.11.2019.

3. D. Brumley, I. Jager, T. Avgerinos, E. J. Schwartz. BAP: A Binary Analysis Platform. Lecture Notes in Computer Science, vol. 6806, 2011, pp. 463-469.

4. Y. Shoshitaishvili, R. Wang, C. Salls, N. Stephens, M. Polino, A. Dutcher, J. Grosen, S. Feng, C. Hauser, C. Kruegel,G. Vigna. SoK: (State of) The Art of War: Offensive Techniques in Binary Analysis. IEEE Symposium on Security and Privacy, 2016, pp. 138-157.

5. ESIL: Radare2 book. URL https://radare.gitbooks.io/radare2book/content/disassembling/esil.html, accessed 20.11.2019.

6. В.А. Падарян, А.И. Гетьман, М.А. Соловьев, М.Г. Бакулин, А.И. Борзилов, В.В. Каушан, И.Н. Ледовских, Ю.В. Маркин, С.С. Панасенко. Методы и программные средства, поддерживающие комбинированный анализ бинарного кода. Труды ИСП РАН, том 26, вып. 1, 2014 г., стр. 251-276 / V.A. Padaryan, A.I. Getman, M.A. Solovyev, M.G. Bakulin, A.I. Borzilov, V.V. Kaushan, I.N. Ledovskich, U.V. Markin, S.S. Panasenko. Methods and software tools for combined binary code analysis. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 26, issue 1, 2014, pp. 251-276. DOI: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-8.

7. Aslanyan H.K. Plarform for interprocedural static analysis of binary code. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 30, issue 5, 2018. pp. 89-100. DOI: 10.15514/ISPRAS-2018-30(5)-5.

8. Ефимов В.Ю., Беззубиков А.А., Богомолов Д.А., Горемыкин О.В., Падарян В.А. Автоматизация разработки моделей устройств и вычислительных машин для QEMU. Труды ИСПРАН, том 29, вып. 6, 2017 г., стр. 77-104. DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(6)-4 / Efimov V.Yu., Bezzubikov A.A., Bogomolov D.A., Goremykin O.V., Padaryan V.A. Automation of device and machine development for QEMU. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 29, issue 6, 2017, pp. 77-104 (In Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(6)-4.

9. А.И. Гетьман, Ю.В. Маркин, Д.О. Обыденков, В. А. Падарян. Архитектура системы глубокого разбора сетевого трафика. Системный администратор, том 1, вып. 2, 2018 г., стр. 83-87 / A.I. Get’man, Yu.V. Markin, D.O. Obidenkov, V. A. Padaryan. An architecture of deep packet inspection system. Sistemnyj administrator, vol. 1, issue 2, 2018, pp. 83-87 (in Russian).

10. Bellard F. QEMU, a fast and portable dynamic translator. In Proc. of the USENIX Annual Technical Conference, 2005, pp. 41-46.

11. Bezzubikov, N. Belov, K. Batuzov. Automatic dynamic binary translator generation from instruction set description. In Proc. of the 2017 Ivannikov ISPRAS Open Conference, 2017, pp. 27-33.

12. ARM Architecture Reference Manual (ARMv8, for ARMv8-A architecture profile). URL https://static.docs.arm.com/ddi0487/ea/DDI0487E_a_armv8_arm.pdf, accessed 20.11.2019.

13. Reid. Trustworthy specifications of ARM v8-A and v8-M system level architecture. In Proc. of Formal Methods in Computer-Aided Design, 2016, pp. 161-168.

14. I3S (Instruction Set Semantics Specification) Translator. URL https://github.com/ispras/I3S, accessed 20.11.2019.

15. Колтунов Д.С., Ефимов В.Ю., Падарян В.А. Автоматизированное тестирование фронтенда транслятора TCG для QEMU. Труды ИСП РАН, том 31, вып. 5, 2019 г., стр. 7–24 / Koltunov D.S., Efimov V.Y., Padaryan V.A. Automated testing of a TCG frontend for QEMU. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 31, issue 5, 2019 г., pp. 7-24 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS–2019–31(5)–1.

16. А.И. Аветисян, К.А. Батузов, В.Ю. Ефимов, В.А. Падарян, А.Ю. Тихонов. Применение программных эмуляторов для полносистемного анализа бинарного кода мобильных платформ. Проблемы информационной безопасности. Компьютерные системы, №4, 2015 г., cтр. 187-194 / Avetisyan A.I., Batuzov K.A., Efimov V.Y., Padaryan V.A., Tikhonov A.Y. Whole system emulators for mobile platform binary code analysis. Information Security Problems. Computer Systems, №4, 2015, pp. 187-194 (in Russian).

17. V. Efimov, V. Padaryan. Peripheral Device Register Support for Source Code Boilerplate Generator of QEMU Development Toolkit. In Proc. of the 2018 Ivannikov Memorial Workshop (IVMEM), 2018, pp. 36-39.

18. S. Sargsyan, J. Hakobyan, M. Mehrabyan, M. Mishechkin, V. Akozin, S. Kurmangaleev. ISP-Fuzzer: Extendable Fuzzing Framework. In Proc. of the of 2019 Ivannikov Memorial Workshop (IVMEM), 2019, pp. 68-71.

19. А.Н. Федотов. Метод оценки эксплуатирумости программных дефектов. Труды ИСП РАН, том 28, вып. 4, 2016 г., стр. 137-148 / A.N. Fedotov. Method for exploitability estimation of program bugs. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 28, issue 4, 2016. pp. 137-148 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(4)-8.

20. Падарян В.А. О представлении результатов обратной инженерии бинарного кода. Труды ИСП РАН, том 29, вып. 3, 2017 г., стр. 31-42 / Padaryan V.A. Automated vulnerabilities exploitation in presence of modern defense mechanisms. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 29, issue 3, 2017. pp. 31-42 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2017-29(3)-3

21. S. Horwitz, T. Reps, D. Binkley. Interprocedural Slicing Using Dependence Graphs. ACM Transactions on Programming Languages and Systems, vol. 12, no. 1, 1990, pp. 26-60.

22. J. Ferrante, K. J. Ottenstein, J. D. Warren. The Program Dependence Graph and Its Use in Optimization. ACM Transactions on Programming Languages and Systems, vol. 9, no. 3, 1987, pp. 319-349.

23. В. А. Падарян, М. А. Соловьев, А. И. Кононов. Моделирование операционной семантики машинных инструкций. Программирование, том 37, № 3, 2011 г., стр. 50-64 / V. A. Padaryan, M. A. Solov’ev, A. I. Kononov. Simulation of operational semantics of machine instructions. Programming and Computer Software, vol. 37, Issue 3, 2011, pp 161–170.

24. Соловьев М.А., Бакулин М.Г., Горбачев М.С., Манушин Д.В., Падарян В.А., Панасенко С.С. О новом поколении промежуточных представлений, применяемом для анализа бинарного кода. Труды ИСП РАН, том 30, вып. 6, 2018 г., стр. 39-68 / Solovev M.A., Bakulin M.G., Gorbachev M.S., Manushin D.V., Padaryan V.A., Panasenko S.S. Next generation intermediate representations for binary code analysis. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol. 30, issue 6, 2018, pp. 39-68 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2018-30(6)-3.

25. M. Jung, S. Kim, H. Han, J. Choi, S. Kil Cha. B2R2: Building an Efficient Front-End for Binary Analysis. In Proc. of the NDSS Workshop on Binary Analysis Research, 2019.

26. T. Dullien, S. Porst. REIL: A platform-independent intermediate representation of disassembled code for static code analysis. In Proc. of the CanSecWest Applied Security Conference, 2009, 7 p.

27. S. Alam, R.N. Horspool, I. Traore. MAIL: Malware Analysis Intermediate Language: A Step Towards Automating and Optimizing Malware Detection. In Proc. of the 6th International Conference on Security of Information and Networks, 2013, pp. 233–240.

28. A formal specification for BIL: BIL Instruction Language, 2015. URL https://github.com/BinaryAnalysisPlatform/bil/blob/master/bil.tex, accessed 20.11.2019.

29. D. Song, D. Brumley, H. Yin, J. Caballero, I. Jager, M. G. Kang, Z. Liang, J. Newsome, P. Poosankam, P. Saxena. BitBlaze: A New Approach to Computer Security via Binary Analysis. Lecture Notes in Computer Science, vol. 5352, 2008, pp. 1-25.

30. Sepp, B. Mihaila, A. Simon. Precise Static Analysis of Binaries by Extracting Relational Information. In Proc. of the 18th Working Conference on Reverse Engineering, 2011, pp. 357-366.

31. N. Nethercote, J. Seward. Valgrind: A Framework for Heavyweight Dynamic Binary Instrumentatio. SIGPLAN Notices, vol. 42, no. 6, 2007, pp. 89-100.

32. E. J. Schwartz, J. Lee, M. Woo, D. Brumley. Native x86 Decompilation Using Semantics-preserving Structural Analysis and Iterative Control-flow Structuring. In Proc. of the 22Nd USENIX Conference on Security, 2013, pp. 353-368.

33. K. Yakdan, S. Dechand, E. Gerhards-Padilla, M. Smith. Helping Johnny to Analyze Malware: A Usability-Optimized Decompiler and Malware Analysis User Study. In Proc. of the IEEE Symposium on Security and Privacy (SP), 2016, pp. 158-177.

34. Retargetable Decompiler. URL https://retdec.com/, accessed 20.11.2019.

35. T. Ben-Nun, A. S. Jakobovits, T. Hoefler. Neural Code Comprehension: A Learnable Representation of Code Semantics. In Proc. of the 32Nd International Conference on Neural Information Processing Systems, 2018, pp. 1-13.

36. O. Katz, Y. Olshaker, Y. Goldberg, E. Yahav. Towards Neural Decompilation. arXiv preprint arXiv:1905.08325, 2019.

37. P. Lestringant, F. Guihéry, P.-A. Fouque. Automated Identification of Cryptographic Primitives in Binary Code with Data Flow Graph Isomorphism. In Proc. of the 10th ACM Symposium on Information, Computer and Communications Security, 2015, pp. 203–214.

38. D. Caselden, A. Bazhanyuk, M. Payer, S. McCamant, D. Song. HI-CFG: Construction by Binary Analysis and Application to Attack Polymorphism. Lecture Notes in Computer Science, vol. 81-34, 2013, pp. 164-181.

39. Slowinska, T. Stancescu, H. Bos. Howard: A Dynamic Excavator for Reverse Engineering Data Structures. In Proc. of the NDSS Symposium, 2011, 20 p.

40. Z. Lin, X. Zhang, D. Xu. Automatic Reverse Engineering of Data Structures from Binary Execution. In Proc. of the 11th Annual Information Security Symposium, 2010, Article no. 5.

41. G. Ramalingam, J. Field, F. Tip. Aggregate Structure Identification and Its Application to Program Analysis. In Proc. of the 26th ACM SIGPLAN-SIGACT Symposium on Principles of Programming Languages, 1999. Pp. 119–132.

42. R. Milner. A theory of type polymorphism in programming. Journal of Computer and System Sciences, vol. 17, 1978, pp. 348-375.

43. Довгалюк П.М., Макаров В.А., Падарян В.А., Романеев М.С., Фурсова Н.И. Применение программных эмуляторов в задачах анализа бинарного кода. Труды ИСП РАН, том 26, вып. 1, 2014 г., стр. 277-296 / Dovgalyuk P.M., Makarov V.A., Padaryan V.A., Romaneev M.S., Fursova N.I. Application of software emulators for thebinary code analysis. Trudy ISP RAN/Proc. ISP RAS, vol, 26, issue 1, 2014, pp. 277-296 (in Russian). DOI: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-9.

44. C. K. Luk, R. Cohn, R. Muth, H. Patil, A. Klauser, G. Lowney, S. Wallace, V. J. Reddi, K. Hazelwood. Pin: Building Customized Program Analysis Tools with Dynamic Instrumentation. ACM SIGPLAN Notices, vol. 40, no. 6, 2005, pp. 190-200.

45. D. Bruening, S. Amarasinghe. Efficient, transparent, and comprehensive runtime code manipulation. PhD thesis, Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science, 2004.

46. V.A. Padaryan, I.N. Ledovskikh. On the Representation of Results of Binary Code Reverse Engineering. Programming and Computer Software, vol. 44, issue 3, 2018, pp. 200–206.


Для цитирования:


Бугеря А.Б., Ефимов В.Ю., Кулагин И.И., Падарян В.А., Соловьев М.А., Тихонов А.Ю. Программный комплекс для выявления недекларированных возможностей в условиях отсутствия исходного кода. Труды Института системного программирования РАН. 2019;31(6):33-64. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-3

For citation:


Bugerya A.B., Efimov V.Yu., Kulagin I.I., Padaryan V.A., Solovev M.A., Tikhonov A.Yu. A software complex for revealing malicious behavior in untrusted binary code. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2019;31(6):33-64. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2019-31(6)-3

Просмотров: 150


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2079-8156 (Print)
ISSN 2220-6426 (Online)