基于系统调用序列学习的内核模糊测试

操作系统内核是计算机系统中最基本的软件组件, 它控制和管理计算机硬件资源, 并提供访问和管理其他应用程序所需的接口和服务. 操作系统内核的安全性直接影响整个计算机系统的稳定性和可靠性. 内核模糊测试是一种高效、准确的安全漏洞检测方法. 然而目前内核模糊测试工作中, 存在系统调用间关系的计算开销过大且容易误判, 以及系统调用序列构造方式缺乏合理能量分配以至于很难探索低频系统调用的问题. 本文提出以N-gram模型学习系统调用间关系, 根据系统调用的出现频次信息和TF-IDF信息优先探索出现频次低或者TF-IDF值高的系统调用. 我们以极低的开销, 在Linux 4.19和5.19版本的24 h实验中分别提升了15.8%、14.7%的覆盖率. 此外, 我们挖掘到了一个已知CVE (CVE-2022-3524)、8个新崩溃, 其中一个获得了CNNVD编号(CNNVD-2023-84723975).     

一个分层隔离的操作系统内核

传统单块结构操作系统的所有内核代码在一个公共的、共享的地址空间运行,因此内核中任何一个漏洞或在内核中加载任何不可靠模块都会威胁到整个系统的安全。研究并实现了一个分层隔离的操作系统安全内核,将内核特权分割隔离,阻止内核安全漏洞的扩散,防止恶意内核模块代码对内核代码数据的随意篡改。原型操作系统完全自主开发,支持i386体系结构。     

二进制代码的漏洞挖掘技术研究

基于网络信息安全漏洞问题越来越受重视,针对漏洞研究中测试代码覆盖率和漏洞挖掘效率问题,设计并实现了基于混合符号执行的Fuzzing测试系统;该系统采用了指令动态追踪、混合符号执行、约束求解、测试用例生成及动态测试5个模块,通过对系统各个环节优化处理提高效率,并实验验证系统代码覆盖率较传统Fuzzing测试工具也有较大提高,得出了该系统能适用于大型应用软件测试的结论。     

基于深度学习的模糊测试种子生成技术

模糊测试被广泛应用于各种软件和系统的漏洞挖掘中.而模糊测试的效果与其采用的变异策略以及初始种子文件的代码覆盖率有直接的关系.本文提出了一种基于深度学习的种子文件生成方法,分析并学习初始种子文件和其在目标程序中的执行路径之间的关系,最终输出可能覆盖新执行路径的种子文件,从而提高初始种子文件集合的代码覆盖率.我们以PDF阅读器作为目标程序进行了实验,实验结果表明该方法所生成的种子文件保证了良好的通过率,而且明显提高了代码覆盖率.同时实验证明该方法在针对多种PDF阅读器进行模糊测试时都获得了更高的代码覆盖率.     

基于深度学习和信息反馈的智能合约模糊测试方法

主流区块链平台以太坊上频繁发现由不安全编程引起的智能合约安全漏洞。为了提高模糊测试对合约代码的覆盖率，以更全面地检测安全漏洞，提出了一种智能合约模糊测试方法。首先构造智能合约交易序列数据集，再基于深度学习构建智能合约交易生成模型以生成模糊测试初始种子；然后根据覆盖率和分支距离信息，对智能合约进行信息反馈引导的模糊测试，提出了特定的测试用例染色体编码方式，并设计实现了相应的交叉和变异算子。所提方法能有效覆盖智能合约的深层次状态以及严格条件守卫的分支代码。在500个智能合约上进行实验，结果表明，所提方法的代码覆盖率为93.73%,漏洞检测率为93.93%,与ILF,sFuzz, Echidna方法相比，所提方法的代码覆盖率提高了3.80%～25.49%,漏洞检测率提高了4.64%～24.02%。所提方法有助于提升以太坊智能合约安全测试的有效性，具有参考价值。     

基于运行监测的图形用户界面自动化测试模型

为提高GUI自动化测试的覆盖率、故障定位的速率和精度,以及检测由于时空变化导致的空间错误引起的故障,建立基于运行监测的GUI自动化测试模型。模型将GUI分为窗口框架层、界面元素层、功能结构层和运行记录层四层。窗口框架层描述GUI所有窗口,界面元素层描述用户输入,功能结构层提出功能覆盖准则,运行记录层通过插桩记录代码动态监测软件每一次执行时路径和各个窗口的运行状态,从而提高测试的覆盖率,并根据运行记录中窗口的总执行次数和正确的执行次数为可靠性计算提供依据。由于监测代码的运行情况,因此故障能够定位到代码级,提高故障定位的精度和速率。最后以记事本程序为例验证了模型的有效性。     

Windows(2000/XP)下隐藏进程的检测机制

随着计算机技术的不断发展，近期出现了利用Windows(2000/XP)内核设计上的漏洞隐藏自身进程的入侵技术。针对这种隐藏技术提出了利用内核进程环境控制块(KPEB)、内核线程环境控制块(KTEB)以及Windows操作系统的调度机制来检测这些隐藏进程的新方法，并给出了代码示例。     

基于编译器插件的轻量级内核重构加固方法研究

操作系统是整个计算机系统的基础,只有保证操作系统的安全性,才能确保上层软件的安全性。本文采用保护内核控制流的方法提高操作系统安全性,提出一种基于编译器插件的轻量级内核重构加固方法。该方法是在相关转移指令前动态插入控制流断言,确保执行路径在有效的内核边界内,保护程序、指令运行的位置和顺序被修改。它能有效加强用户地址空间与内核地址空间的隔离,对内核起到有效加固的作用,同时可以防止通过篡改内核关键数据结构而引发权限提升类漏洞的攻击。实验结果证明,该方法是轻量级的内核加固方法,能够防止空指针引用漏洞及相关内核权限提升类漏洞攻击。     

分层隔离的安全操作系统内核结构研究

传统单块结构操作系统的所有内核代码在一个公共的、共享的地址空间运行,因此内核中任何一个漏洞或在内核中加载任何不可靠模块都会威胁到整个系统的安全。本文提出了一个分层隔离的操作系统安全结构,该结构有效地将内核特权分割隔离,阻止内核安全漏洞的扩散,防止恶意内核模块代码对内核代码数据的随意篡改。原型操作系统完全自主开发,支持i386体系结构。内核模块隔离机制利用分段保护硬件机制保证安全微内核的不被篡改性,并在此基础上实现操作系统各服务功能模块的隔离。     

一种动态无线传感网络操作系统－SOS

无线传感器网络节点,在一般用途的系统和嵌入式系统里都有自己的特点。有时必须在能源很少并且环境比较恶劣的情况下工作,同时还提供共同服务,使它很容易编写应用程序。在当前流行的无线传感网络操作系统TinyOs下,虽然各个组件可以互相提供共同服务,但是每个传感器节点必须单独的运行一个静态的系统镜像,所以很难满足多维应用的系统或者频繁的应用更新。SOS,一种从设计上更考虑动态性的更适合微型节点的操作系统应运而生。它由一个公共的内核和模块组成,它有自己的消息机制．动态内存机制,可以动态加载和动态卸载模块,以及其他的一些服务。然而模块之间是通过一个相互的预定协作机制相互联系的．没有内存的保护。但是尽管如此,SOS通过一系列自己的手段有效的克服了这些缺点,比如看门狗定时器,垃圾回收系统等等。相互独立的模块之间,可以通过最小的系统终端来添加或者删除。通过对比,虽然SOS是动态设计并且使用了更高的内核接口．但是跟TinyOs相比,总的使用开销却是基本一样的。SOS是基于模块化的,容易编程。TinyOS是基于组件化,效率高。而MantisOS可以支持多线程,但是代码占用空间大。由此可以看到,SOS是一个具有自己的特点和优势的无线传感网络操作系统。     

A policy‐centric approach to protecting OS kernel from vulnerable LKMs

Loadable kernel modules (LKMs) that contain vulnerabilities are a big threat to modern operating systems (OSs). The primary reason is that there is no protection mechanism inside the kernel space when the LKM is executed. As a result, kernel module exploitation can seriously affect the OS kernel security. Although many protection systems have been developed to address this problem in the past few years, there still remain some challenges: (1) How to automatically generate a security policy before the kernel module is enforced? (2) How to properly mediate the interactions between the kernel module and the OS kernel without modifications on the existing OS, hardware, and kernel module structure? To address these challenges, we present LKM guard (LKMG), a policy‐centric system that can protect commodity OS kernel from vulnerable LKMs. Compared with previous systems, LKMG is able to generate a security policy from a kernel module and then enforce the policy during the run time. Generally, the working process of LKMG can be divided into 2 stages. First, we utilize static analysis to extract the kernel code and data access patterns from a kernel module's source code and then combine these patterns with the related memory address information to generate a security policy. Second, by leveraging the hardware‐assisted virtualization technology, LKMG isolates the kernel module from the rest of the kernel and then enforces the kernel module's execution to obey the derived policy. The experiments show that our system can defend against various attacks launched by the compromised kernel module effectively with moderate performance cost.     

MIOS:面向大规模CCNUMA系统的多实例操作系统

MIOS是一个面向大规模CCNUMA系统设计的新型高可扩展操作系统.MIOS创新地采用了多实例内核结构,每个内核实例执行相同代码,分别独立运行和管理一个处理器,多核间通过分布存储管理构成高可扩展的一致性系统映像空间,支持弱共享进程、线程并行模型.MIOS针对大规模CCNUMA系统特点和高性能并行科学计算应用的需求,采用了显式共享数据分布、层次式任务调度、自适应任务间通信以及寄存器锁等优化.在大规模CCNUMA体系结构的银河深度并行计算机上的测试表明,MIOS对MPI应用具有同传统操作系统类似的性能,并可以有效支持2048处理器规模的OMP应用高效运行,具有良好的系统可扩展性.     

一种动态无线传感网络操作系统——SOS

无线传感器网络节点,在一般用途的系统和嵌入式系统里都有自己的特点。有时必须在能源很少并且环境比较恶劣的情况下工作,同时还提供共同服务,使它很容易编写应用程序。在当前流行的无线传感网络操作系统TinyOs下,虽然各个组件可以互相提供共同服务,但是每个传感器节点必须单独的运行一个静态的系统镜像,所以很难满足多维应用的系统或者频繁的应用更新。SOS,一种从设计上更考虑动态性的更适合微型节点的操作系统应运而生。它由一个公共的内核和模块组成,它有自己的消息机制,动态内存机制,可以动态加载和动态卸载模块,以及其他的一些服务。然而模块之间是通过一个相互的预定协作机制相互联系的,没有内存的保护。但是尽管如此,SOS通过一系列自己的手段有效的克服了这些缺点,比如看门狗定时器,垃圾回收系统等等。相互独立的模块之间,可以通过最小的系统终端来添加或者删除。通过对比,虽然SOS是动态设计并且使用了更高的内核接口,但是跟TinyOs相比,总的使用开销却是基本一样的。SOS是基于模块化的,容易编程。TinyOS是基于组件化,效率高。而MantisOS可以支持多线程,但是代码占用空间大。由此可以看到,SOS是一个具有自己的特点和优势的无线传感网络操作系统。     

一种操作系统函数级安全监控方案

当前我国自主研发的操作系统已经具备许多实际应用环境和场景,尤其多用于重要服务器、核心设备等关键环节,因此挖掘并修复它们的内核漏洞十分重要。目前业界的漏洞挖掘技术基本上还是局部的、人工的和技术性的手段,缺乏一种广义的、全局的、算法级别上的思想和方法。在已知源码的基础上,提出一种以函数为粒度的自动变造、自动追踪和自动分析验证算法。实现了操作系统内核函数运行时监控和调用序列分析,实时发现利用内核漏洞的入侵,并精确定位出现漏洞的源码,阻塞漏洞入侵代码的运行。     

支持IPv6的大规模链路接入系统应用研究

针对传统带宽链路接入系统不支持IPv6、接入链路数少及负载调度能力弱等问题,设计一种能够支持IPv6的链路接入系统架构,提出基于内核级的链路计算方法及分布式并行处理模型,以支持超大规模链路接入,研究多处理节点负载均衡及流量控制方法。实验结果表明,该系统能够获得良好的性能。     

基于分布式烟花算法的WSN布局优化方法

无线传感器网络具有广泛的应用,然而如何有效部署无线传感器节点,提高节点利用率和网络覆盖率,仍是一个亟待解决的问题。针对传统无线传感器网络部署方法存在节点冗余率高、覆盖率低等问题,以网络覆盖率为优化目标,将烟花算法良好的结果搜索能力和分布式高效的计算速度相结合,实现对网络覆盖率优化模型的高效求解。实验表明,该算法相比于普通的烟花算法具有更好的计算结果和更快的收敛速度。     

Dawning-1000 PROOS Distributed Operating System

PROOS is a distributed operating system running on the computing nodes of massively parallel processing computer Dawning-1000.It is an efficient and easily extendible micro kernel operating system.It supports the Intel NX message passing interface for communication.     

一种多线程计算程序的机群移植方法

机群并行化应用程序的用户接口和编程方式多种多样，常常令用户望而却步，该文详细了一种从程序的目标代码着手，以ELF格式可执行文件PLT表项重定位为基础，利用多线程程序自身的并发和同步特征，让线程中的计算负载分布到机群各节点的移植技术，为用户提供透明的机群并行机制，提出并讨论了相应的Master-Worker(Task-Farming)计算通信模型以及调度策略，最后，通过实现该移植技术，分析基于BLAS库多线程矩阵乘法程序移植后的运行结果，验证了该模型的可行性和效率。