《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于污点分析的二进制程序漏洞检测系统设计与实现*
网络安全与数据治理 11期
罗治祥1，向栖2，李乐言1，3
（1工业和信息化部电子第五研究所，广东广州511370；2东北大学软件学院，辽宁沈阳110819；3智能产品质量评价与可靠性保障技术工业和信息化部重点实验室，广东广州511370）
摘要： 针对现阶段二进制程序的静态分析多依赖于人工经验规则导致的低效率问题，以及大多数二进制程序漏洞扫描检测系统性能和可扩展性较低的问题，设计并且实现了一个简易版的基于污点分析的二进制程序漏洞检测系统。与现有的二进制程序漏洞检测系统相比，本文设计的系统改进了Java指针分析中提出的算法，使得分析过程的数据抽象部分和指针分析部分得到了分离，进一步简化了污点分析，提高了分析的性能和可扩展性。此外，将漏洞模式单独抽离出来，能够更加方便地进行漏洞模式的自定义。
中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2023.11.001
引用格式：羅治祥,向棲,李樂言.基于污點(diǎn)分析的二進(jìn)制程序漏洞檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2023，42（11）：1-7.
Design and implementation of binary program vulnerability detection
Luo Zhixiang1，Xiang Qi2,Li Leyan1,3
(1Fifth Research Institute of Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 511370, China;2Software College，Northeastern University，Shenyang 110819，China；3Key Laboratory of Intelligent Product Quality Evaluation and Reliability Assurance Technology, Ministry of Industry and Information Technology, Guangzhou 511370, China)
Abstract： Given the inefficiencies associated with the heavy reliance on manual heuristic rules for static analysis of binary programs at the current stage, and the low performance and scalability of existing binary program vulnerability scanning systems, this paper has designed and implemented a vulnerability detection system for binary programs based on taint analysis. Compared to the existing binary program vulnerability detection systems, the system designed in this paper improves the algorithm proposed in the Java pointer analysis, allowing the data abstraction and pointer analysis portions of the process to be separated. This further simplifies the taint analysis, enhancing its performance and scalability. Additionally, this paper extracts vulnerability patterns separately, making it much easier to customize vulnerability patterns.
Key words : static analysis of binary programs; pointer analysis; taint analysis; vulnerability patterns

0引言

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件行業(yè)迅速發(fā)展，軟件的體量、種類不斷增大。同時(shí)，由于程序代碼編寫不規(guī)范，編寫過程存在疏忽，或者缺乏軟件安全方面的意識(shí)等，導(dǎo)致軟件的安全性承受巨大威脅。針對(duì)這一現(xiàn)狀，構(gòu)建漏洞檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)軟件進(jìn)行安全檢測(cè)是最行之有效的辦法之一，可在一定程度上發(fā)現(xiàn)并且及時(shí)消除潛在的漏洞。

軟件的安全檢測(cè)方法通?？梢苑譃閯?dòng)態(tài)測(cè)試［1］和靜態(tài)分析［2］兩大類，靜態(tài)分析這一方法相較于動(dòng)態(tài)測(cè)試具有更高的覆蓋率以及性能效率?，F(xiàn)有的靜態(tài)分析方案大多都基于源碼級(jí)別［3］進(jìn)行分析，雖然可以在比較高的程度上滿足軟件安全需要，但是在許多真實(shí)的安全測(cè)試場(chǎng)景中，需要分析對(duì)象大多屬于常見的二進(jìn)制文件，比如商業(yè)軟件、車機(jī)固件、嵌入式系統(tǒng)固件等。此時(shí)安全研究人員難以獲得相應(yīng)的源代碼，源碼級(jí)靜態(tài)分析方案不再適用?，F(xiàn)今商業(yè)化的二進(jìn)制程序漏洞分析系統(tǒng)基本不具備可二次開發(fā)的擴(kuò)展性，而開源的二進(jìn)制程序漏洞分析系統(tǒng)，比如 angr［4］ 、 BAP［5］ 、 BinAbsInspector等優(yōu)秀的靜態(tài)分析工具存在一些適用性問題。其中，angr 和 BAP 正逐步發(fā)展為通用分析框架，而不僅僅專注于二進(jìn)制漏洞掃描，這使得內(nèi)部分析算法變得復(fù)雜，不便于后續(xù)的擴(kuò)展和優(yōu)化。BinAbsInspector是基于Ghidra的插件，使用Java編寫開發(fā)，提供的API比較有限，在可擴(kuò)展性上有所欠缺，普通的二進(jìn)制安全研究員無法有效地基于該工具進(jìn)行自定義開發(fā)。因此，構(gòu)建一款在性能和可擴(kuò)展性上較為突出，同時(shí)也滿足于真實(shí)場(chǎng)景需要的二進(jìn)制程序漏洞檢測(cè)系統(tǒng)刻不容緩。

針對(duì)上述問題，Tan［6］等基于Java提出了一種較為簡(jiǎn)易的指針分析［7］算法，該算法在使用Datalog［8］引擎支撐之后，在構(gòu)建好的程序抽象數(shù)據(jù)上進(jìn)行分析，使得性能得到較大的提升。對(duì)于獲取二進(jìn)制程序抽象數(shù)據(jù)而言，普遍的做法是反編譯［9］二進(jìn)制程序生成IR中間表示，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和轉(zhuǎn)換得到其AST語法樹，最后依據(jù)AST語法樹得到程序抽象數(shù)據(jù)，比較好的工具有IDA Pro、Ghidra、Binary Ninja等。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)選取了IDA Pro進(jìn)行程序抽象數(shù)據(jù)獲取，使用IDA Pro特有的IDAPython，從原生角度適配了IDA Pro提供各項(xiàng)API接口，從可擴(kuò)展性上兼具了Python腳本跨平臺(tái)、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn);從性能方面，Python庫中的pyDatalog可以替代常見的Datalog引擎，且性能方面相差無幾。


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作者信息：

羅治祥1，向棲2，李樂言1，3

（1工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州511370；2東北大學(xué)軟件學(xué)院，遼寧沈陽110819；3智能產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)與可靠性保障技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州511370）



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