基于ARM架構(gòu)的ROP攻擊與防御技術(shù)研究.pdf

1、近年來,隨著移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,幾乎所有的智能手機(jī)及平板電腦都采用了ARM架構(gòu),在此平臺(tái)上的安全問題也越來越受到研究者的關(guān)注。惡意篡改程序流控制攻擊是該平臺(tái)的主流攻擊方式之一,攻擊者利用堆棧溢出等漏洞往內(nèi)存中寫入超長(zhǎng)數(shù)據(jù)使其超出其緩沖區(qū)容量,覆蓋返回地址,從而轉(zhuǎn)入到攻擊者的惡意控制流中。為了防御該種攻擊,操作系統(tǒng)中加入了W⊕X保護(hù)機(jī)制,也即數(shù)據(jù)執(zhí)行保護(hù)(Data Execution Prevention,DEP),硬件上由Intel的XD(

2、Execute Disable bit)技術(shù)、AMD的ND(No-Execute Page-Protection)技術(shù)和ARM的XN(eXecute Never)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。返回導(dǎo)向編程(Return-oriented programming, ROP)正是基于這種防御技術(shù)提出的。該技術(shù)通過在二進(jìn)制程序中搜索可用的指令片段,幫助黑客有效地繞過DEP的執(zhí)行保護(hù)。在ARM平臺(tái)領(lǐng)域,該攻擊技術(shù)的研究還是一個(gè)開始。本文深入研究了ROP在ARM架構(gòu)

3、上的攻擊和防御技術(shù)原理,詳細(xì)分析了ARM架構(gòu)ROP攻擊與X86架構(gòu)的不同。本文的另一個(gè)重要工作是基于ROP攻擊鏈的自動(dòng)搜索算法研究。由于實(shí)施ROP攻擊的可用指令序列與地址有關(guān),手動(dòng)搜索具有一定的繁瑣性,而現(xiàn)今也沒有有效的搜索工具供黑客使用,基于此本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)ROP攻擊鏈gadgets自動(dòng)搜索工具。
　　本文主要從以下兩個(gè)方面展開研究工作:
　　第一,基于ARM架構(gòu)的ROP鏈自動(dòng)搜索工具的研究。該工具第一步搜索出可利用序列,

4、定位跳轉(zhuǎn)指令,利用反向搜索算法搜索最大深度為5的指令序列。第二步搜索算法基于語(yǔ)義規(guī)則庫(kù),最優(yōu)化搜索基礎(chǔ)庫(kù),利用語(yǔ)義規(guī)則進(jìn)行復(fù)雜的gadgets組合,從而構(gòu)建出能夠執(zhí)行任意操作的ROP鏈。利用該工具可以快速地定位有效可用指令序列,幫助攻擊者加速漏洞利用的開發(fā)過程。
　　第二,系統(tǒng)地研究了ARM平臺(tái)的架構(gòu)特點(diǎn)、指令集,包括該攻擊移植到ARM平臺(tái)上的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié),并搭建QEMU虛擬機(jī)模擬ARM架構(gòu),利用程序漏洞實(shí)現(xiàn)了ROP攻擊實(shí)驗(yàn)。最后