악의적인 소프트웨어 역공학으로부터 프로그램이 가지는 코드를 보호하기 위해서 코드 난독화가 제안되었다. 이것은 기존에 존재하는 프로그램 코드를 어렵게 변환시키는 것으로 프로그램 코드에 대한 악의적인 정적 분석을 어렵게 만든다. 코드 난독화는 난독화 목적에 따라 레이아웃, 데이터, 제어 난독화로 분류되어진다. 이 중 제어 난독화는 프로그램이 가지는 제어 흐름에 대한 추상적인 정보를 보호하는 것으로 다양한 종류의 개별 제어 흐름 난독화 변환이 제안되었지만, 이를 효과적으로 적용할 수 있는 방법은 제안되지 않았다. 본 논문에서는 제어 흐름 난독화 변환을 프로그램에 효과적으로 적용할 수 있는 난독화 전략을 제안하고, 실험을 통해서 제안한 난독화 전략의 효용을 보였다.
Code obfuscation is a technique that protects the abstract data contained in a program from malicious reverse engineering and various obfuscation methods have been proposed for obfuscating intention. As the abstract data of control flow about programs is important to clearly understand whole program, many control flow obfuscation transformations have been introduced. Generally, inlining is a compiler optimization which improves the performance of programs by reducing the overhead of calling invocation. In code obfuscation, inlining is used to protect the abstract data of control flow. In this paper, we define new control flow complexity metric based on entropy theory and N-Scope metric, and then apply genetic algorithm to obtain optimal inlining results, based on the defined metric.
난독화 기술은 프로그램의 기능성은 그대로 유지하면서 자료구조, 제어흐름 등 내부 로직을 변형함으로써 프로그램의 분석을 지연시키는 기술이다. 그러나 이러한 난독화 기술을 악성코드에 적용함으로써 안티바이러스 소프트웨어의 악성코드 탐지율을 저하시키는 사례가 빈번하게 발생하고 있다. 소프트웨어 지적재산권을 보호하기 위하여 적용되는 난독화 기술이 역으로 악성코드에 적용됨으로써 악성코드 탐지율을 저해할 뿐만 아니라 이의 분석을 어렵게 하여 악성코드의 기능성 파악에도 어려움을 주게 되므로 난독화가 적용된 코드를 원본에 가깝게 복원할 수 있는 역난독화 기술의 연구 또한 꾸준히 지속 되어야 한다. 본 논문에서는 상용 난독화 도구 중 대중적으로 널리 알려져 있는 도구인 VMProtect 3.4.0에서 제공하는 세부 난독화 기술 중 Pack the Output File, Import Protection의 옵션이 적용되어 난독화 된 코드의 특징을 분석하고 이의 역난독화 알고리즘을 제시하고자 한다.
안드로이드 운영체제에서 Flow Analysis의 난독화를 위해서는 실행되지 않는 흐름의 코드를 생성하여 Flow Graph의 크기를 크게 만들어 분석이 어렵게 만들 수 있다. 이를 위해 논문에서는 aar 형태의 라이브러리를 구현하여 외부 라이브러리의 형태로 애플리케이션에 삽입이 가능하도록 하였다. 라이브러리는 더미 코드에서의 진입점에서 부터 최대 5개의 child node를 가질 수 있도록 설계되었으며, child node의 클래스는 각 node마다 100개부터 900개까지 2n+1개의 메서드를 가지고 있으므로 총 2,500개의 진입점으로 구성된다. 또한 진입점은 XML에서 총 150개의 뷰로 구성되며, 각각의 진입점은 비동기 인터페이스를 통해 연결된다. 따라서 Inter-Procedural 기반의 Control Flow Graph를 생성하는 과정에서는 최대 14,175E+11개의 추가적인 경우의 수를 가지게 된다. 이를 애플리케이션에 적용한 결과 Inter Procedural Control Flow Analysis 툴에서 평균 10,931개의 Edge와 3,015개의 Node가 추가 생성되었으며 평균 36.64%의 그래프 크기 증가율을 갖는다. 또한 APK를 분석 시에는 최대 평균 76.33MB의 오버헤드가 발생하였지만, 사용자의 ART 환경에서는 최대 평균 0.88MB의 실행 오버헤드만을 가지며 실행 가능한 것을 확인하였다.
사물 인터넷 시장 규모의 급격한 성장에 따라 임베디드 시스템에서 가장 많이 쓰이는 언어인 C/C++ 언어의 사용도 증가하고 있다. C/C++ 언어의 코드 품질을 향상시키고 개발 비용을 절감시키기 위해 소프트웨어 개발 전반부에서 수행 가능한 소프트웨어 검증기법인 정적 분석을 사용하는 것이 좋다. 많은 프로그램들이 정적 분석을 사용하여 소프트웨어의 안전성을 검증하고 있으며 많은 정적 분석 도구들이 사용 및 연구되고 있다. 본 논문에서는 Clang 정적 분석도구를 사용하여 검증된 시험 코드에 대한 보안 약점 검출 성능을 확인한다. 또한 소스 코드 난독화 기법인 구획 난독화, 데이터 난독화, 제어 흐름 난독화 기법이 각각 적용된 시험 코드에 대한 정적 분석 결과와 원본 시험 코드에 대한 정적 분석 결과를 비교하여 소스 코드 난독화 기법에 따른 Clang 정적 분석 도구의 성능 영향을 분석한다.
제어 흐름 정보는 프로그램이 실행되는 구조를 담고 있어 소프트웨어를 분석할 때 기준이 되고 소프트웨어를 서로 비교할 때에도 유용하게 쓰인다. 가상화를 이용한 난독화는 실제 기계의 명령을 구조가 숨겨진 가상 기계의 명령으로 바꾸어 프로그램의 제어 흐름 정보를 감춘다. 난독화가 적용된 바이너리에서는 가상 기계의 명령을 실행하는 인터프리터의 구조만 직접 드러난다. 이 논문에서는 가상화로 난독화된 바이너리를 실행해서 수행되는 명령들을 기록한 트레이스를 이용해 숨겨져 있는 프로그램의 본질적인 제어 흐름을 다시 만들어내는 방법을 제안한다. 트레이스를 기계 명령으로 이루어진 문자열로 보고 생성되는 트레이스들을 모두 받아들일 수 있는 오토마톤을 찾은 다음, 해당되는 제어 흐름 그래프를 만든다. 기계 명령의 수행은 오토마톤의 상태 전이에 대응하며, 이는 제어 흐름 그래프의 간선에 대응한다. 제안한 방법을 상용 가상화 도구로 난독화된 바이너리에 적용해 보았으며, 원본 바이너리와 유사한 제어 흐름 그래프가 생성되는 것을 확인하였다.
자동화된 obfuscatin은 보안 목적으로 코드를 이해하기 어렵게 만들어 역공학 공격을 방어하는데 가장 효과적인 방식이라는 알려져 있다. 본 논문에서는 역공학 공격과 같은 소프트웨어 지적재산권의 침해로부터 마이크로소프트사의 비주얼 C++소스 프로그램을 보호하기 위한 obfuscator를 구현하였다. 그리고 obfuscatio 알고리즘에 따라 potency(복잡도)를 측정하여 분석하여 각 알고리즘을 평가하였다. 또한 cost(비용)과 어셈블리 코드를 비교하여 obfuscator의 성능과 유효성을 평가하였다. 그 결과, 변환된 소스 코드가 실행시간 오버헤드를 일부 유발시키긴 하지만 프로그램 보호에는 효과적임을 알 수 있었다.
1990년도 중반에 처음 개념이 소개된 이래, 현재까지도 가장 빈번하게 사용되고 매우 심각한 피해를 초래하는 공격기법으로 버퍼 오버플로우(buffer overflow) 취약점을 이용한 공격을 들 수 있다. 쉘코드(shellcode)는 이러한 버퍼 오버플로우 공격에 사용되는 기계어 코드(machine code)로서, 공격자는 자신이 의도한 바대로 수행되는 쉘코드를 작성하고 이를 공격 대상 호스트의 메모리에 삽입, EIP를 조작하여 시스템의 제어 흐름을 가로챌 수 있다. 따라서 버퍼오버플로우를 일으킨 후 쉘코드를 적재하려는 것을 탐지하기 위한 많은 연구들이 수행되어 왔으며, 공격자들은 이런 탐지기법들을 우회하는 기법을 끊임없이 개발해 왔다. 본 논문에서는 이러한 쉘코드 공격 기법 및 방어 기법들에 대해서 살펴보고, 24Bit BMP 이미지에 쉘코드를 은닉시킬 수 있는 새로운 기법을 제안하고자 한다. 이 기법을 통하여 쉘코드를 손쉽게 은닉할 수 있으며, 현재의 다양한 탐지 기법들을 쉽게 우회할 수 있음을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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