Применение компиляторных преобразований для противодействия эксплуатации уязвимостей программного обеспечения
https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(3)-6
Аннотация
Уязвимости программного обеспечения представляют серьезную угрозу безопасности информационной системы. Любое программное обеспечение, написанное на языках C/C++, потенциально содержит в себе значительное количество уязвимостей, используя которые злоумышленник может с помощью специально подготовленных эксплойтов захватить контроль над системой. Для противодействия эксплуатации таких уязвимостей в данной работе предлагается использовать компиляторные преобразования: перестановка местами функций в модуле, добавление локальных переменных на стек функции, перемешивание локальных переменных на стеке. С помощью этих преобразований предлагается генерировать диверсифицированную популяцию исполняемых файлов компилируемого приложения. Такой подход, например, усложняет планирование ROP-атак на всю популяцию. Злоумышленник, получив в свое распоряжение один исполняемый файл, может сделать ROP-эксплойт, работающий только для этой версии приложения. Остальные исполняемые файлы популяции останутся устойчивыми к данной атаке.
Об авторах
А. Р. Нурмухаметов
ИСП РАН
Россия
Россия
Ш. Ф. Курмангалеев
ИСП РАН
Россия
Россия
В. В. Каушан
ИСП РАН
Россия
Россия
С. С. Гайсарян
ИСП РАН
Россия
Россия
Список литературы
1. Dazhi Z., Detecting Program Vulnerabilities Using Trace-Based Security Testing, Ph. D. Dissertation, University of Texas at Arlington, Arlington, TX, USA, Advisor(s) Donggang L, AAI3474008, 2011.
2. А. Аветисян, А. Белеванцев, А. Бородин, В. Несов. Использование статического анализа для поиска уязвимостей и критических ошибок в исходном коде программ. Труды Института Системного Программирования РАН, том 21, 2011 г, стр. 23-38.
3. N. Stojanovski, M. Gusev, D. Gligoroski, S. Knapskog. Bypassing Data Execution Prevention on MicrosoftWindows XP SP2. Proceedings of the The Second International Conference on Availability, Reliability and Security, ARES '07, 2007, p. 1222-1226. doi:10.1109/ARES.2007.54
4. H. Shacham, M. Page, B. Pfaff, E. Goh, N. Modadugu, D. Boneh. On the Effectiveness of Address-space Randomization. Proceedings of the 11th ACM Conference on Computer and Communications Security, CCS '04, 2004, p. 298-307. doi:10.1145/1030083.1030124
5. P. Wagle, C. Cowan. Stackguard: Simple stack smash protection for GCC. Proc. of the GCC Developers Summit, 2003, p. 243-255.
6. J. Jelinek. Object size checking to prevent (some) buffer overflows, 2004 https://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg02055.html
7. S. Sinnadurai, Q. Zhao, W. Wong. Transparent runtime shadow stack: Protection against malicious return address modifications, 2008.
8. StackShield: A “stack smashing” technique protection tool for Linux. (http:/www.angelfire.com/sk/stackshield)
9. H. Ozdoganoglu, T. N. Vijaykumar, C. E. Brodley, A. Jalote, B. A. Kuperman. “SmashGuard: A Hardware Solution to Prevent Security Attacks on the Function Return Address.” Technical Report TR-ECE 03-13, Purdue University, February 2004.
10. K. Onarlioglu, L. Bilge, A. Lanzi, D. Balzarotti, E. Kirda. G-Free: Defeating Return-oriented Programming Through Gadget-less Binaries. Proceedings of the 26th Annual Computer Security Applications Conference, ACSAC '10, 2010, p. 49-58. doi:10.1145/1920261.1920269
11. J. Li, Z. Wang, X. Jiang, M. Grace, S. Bahram. Defeating Return-oriented Rootkits with "Return-Less" Kernels. Proceedings of the 5th European Conference on Computer Systems, EuroSys '10, 2010, p. 195-208. doi:10.1145/1755913.1755934
12. В.Иванников, Ш. Курмангалеев, А. Белеванцев, А. Нурмухаметов, В. Савченко, Р. Матевосян, А. Аветисян. Реализация запутывающих преобразований в компиляторной инфраструктуре LLVM. руды Института Системного Программирования РАН, том 26, 2014 г, выпуск 1 стр. 327-342. doi: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-12
13. M Stewart. Algorithmic Diversity for Software Security. (http://arxiv.org/abs/1312.3891)
14. M. Franz. E unibus pluram: Massive-Scale Software Diversity as a Defense Mechanism. In Proceedings of the 2010 Workshop on New Security Paradigms, NSPW ’10, p. 7-16. doi:10.1145/1900546.1900550
15. Dazhi Z., Detecting Program Vulnerabilities Using Trace-Based Security Testing, Ph. D. Dissertation, University of Texas at Arlington, Arlington, TX, USA, Advisor(s) Donggang L, AAI3474008, 2011.
16. A. Avetisyan, A. Belevantsev, A. Borodin, V. Nesov. Ispol'zovanie staticheskogo analiza dlya poiska uyazvimostej i kriticheskikh oshibok v iskhodnom kode program [The usage of static analysis for searching vulnerabilities and critical errors in source code]. Trudy ISP RАN [The Proceedings of ISP RAS], vol. 21, 2011. p. 23-38.
17. N. Stojanovski, M. Gusev, D. Gligoroski, S. Knapskog. Bypassing Data Execution Prevention on MicrosoftWindows XP SP2. Proceedings of the The Second International Conference on Availability, Reliability and Security, ARES '07, 2007, p. 1222-1226. doi:10.1109/ARES.2007.54
18. H. Shacham, M. Page, B. Pfaff, E. Goh, N. Modadugu, D. Boneh. On the Effectiveness of Address-space Randomization. Proceedings of the 11th ACM Conference on Computer and Communications Security, CCS '04, 2004, p. 298-307. doi:10.1145/1030083.1030124
19. P. Wagle, C. Cowan. Stackguard: Simple stack smash protection for GCC. Proc. of the GCC Developers Summit, 2003, p. 243-255.
20. J. Jelinek. Object size checking to prevent (some) buffer overflows, 2004 https://gcc.gnu.org/ml/gcc-patches/2004-09/msg02055.html
21. S. Sinnadurai, Q. Zhao, W. Wong. Transparent runtime shadow stack: Protection against malicious return address modifications, 2008.
22. StackShield: A “stack smashing” technique protection tool for Linux. (http:/www.angelfire.com/sk/stackshield)
23. H. Ozdoganoglu, T. N. Vijaykumar, C. E. Brodley, A. Jalote, B. A. Kuperman. “SmashGuard: A Hardware Solution to Prevent Security Attacks on the Function Return Address.” Technical Report TR-ECE 03-13, Purdue University, February 2004.
24. K. Onarlioglu, L. Bilge, A. Lanzi, D. Balzarotti, E. Kirda. G-Free: Defeating Return-oriented Programming Through Gadget-less Binaries. Proceedings of the 26th Annual Computer Security Applications Conference, ACSAC '10, 2010, p. 49-58. doi:10.1145/1920261.1920269
25. J. Li, Z. Wang, X. Jiang, M. Grace, S. Bahram. Defeating Return-oriented Rootkits with "Return-Less" Kernels. Proceedings of the 5th European Conference on Computer Systems, EuroSys '10, 2010, p. 195-208. doi:10.1145/1755913.1755934
26. V.Ivannikov, SH. Kurmangaleev, А. Belevantsev, А. Nurmukhametov, V. Savchenko, R. Matevosyan, А. Аvetisyan. Realizatsiya zaputyvayushhikh preobrazovanij v kompilyatornoj infrastrukture LLVM [Implementing Obfuscating Transformations in the LLVM Compiler Infrastructure]. Trudy ISP RАN [The Proceedings of ISP RAS], vol. 26, iss.1, 2014. p. 327-342. doi: 10.15514/ISPRAS-2014-26(1)-12
27. M Stewart. Algorithmic Diversity for Software Security. (http://arxiv.org/abs/1312.3891)
28. M. Franz. E unibus pluram: Massive-Scale Software Diversity as a Defense Mechanism. In Proceedings of the 2010 Workshop on New Security Paradigms, NSPW ’10, p. 7-16. doi:10.1145/1900546.1900550
Рецензия
Для цитирования:
Нурмухаметов А.Р., Курмангалеев Ш.Ф., Каушан В.В., Гайсарян С.С. Применение компиляторных преобразований для противодействия эксплуатации уязвимостей программного обеспечения. Труды Института системного программирования РАН. 2014;26(3):113-126. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(3)-6
For citation:
Nurmukhametov A.R., Kurmangaleev Sh.F., Kaushan V.V., Gaissaryan S.S. Compiler protection techniques against software vulnerabilities exploitation. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2014;26(3):113-126. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2014-26(3)-6
Послать статью по эл. почте 