CON-MVX：一种基于容器技术的多变体执行系统

多变体执行是一种网络安全防御技术,其利用软件多样性生成等价异构的执行体,将程序输入分发至多个执行体并行执行,通过监控和比较执行体的状态来达到攻击检测的目的。相较于传统的补丁式被动防御技术,多变体执行不依赖于具体的攻击威胁特征进行分析,而是通过构建系统的内生安全能力来对大多数已知、甚至未知的漏洞做出有效防御。近年来,多变体执行技术在不断改进和完善,但是误报问题是制约其发展的主要因素。本文针对多变体执行产生误报的原因进行了详细分析,并在此基础上提出利用容器技术实现多变体执行系统在解决误报问题上的优势。为提升多变体执行技术的可用性,本文设计并实现了一种基于容器技术的多变体执行系统CON-MVX,有效解决传统多变体执行系统的误报问题。CON-MVX利用多个经过运行时随机化技术构建的异构容器作为执行体,使用可重构的模块化组件和独立的容器管理工具对容器执行体进行编排管理,建立进程间监控器CGMon,在内核层级实现对多个执行体的输入同步和输出裁决。同时,为满足与客户端良好交互性,建立中继端口策略,保证系统运行状态的正常反馈。实验结果表明,CON-MVX在保证安全能力的前提下,能有效降低多变体执行系统的误报率,在双冗余度执行条件下使用SPEC CPU 2006测试集测试时,系统带来的平均额外性能损耗不超过15%。     

编译支持的多线程程序多变体执行方法

多变体执行（multi-variant execution,MVX）是目前最流行的主动防御技术之一。理想情况下,当未受到攻击时,多变体执行架构提供正常的程序功能。但不幸的是,当多线程程序在多变体执行架构下运行时,由于各个程序变体中共享资源操作的线程执行顺序不一致,不同变体将会产生状态不一致,从而产生攻击误报,该问题导致了多线程程序难以以多变体执行方式运行。基于多变体执行环境,提出了一种编译支持的多线程程序对共享资源操作的同步编译模型,该模型以共享资源操作为同步点,分析确定多线程程序中对共享资源的操作时机和操作方式,保证各程序变体在运行时多线程对共享资源操作的一致性,从而消除了由此而引起的攻击误报。以LLVM 12.0编译框架为基础,设计实现了基于该同步编译模型的原型系统,并对该原型系统进行了仿真实验测试。实验结果显示,经过原型系统处理的多线程程序在多变体执行架构中的误报率显著降低,表明该同步编译模型作为一种通用性的方法,可有效消除多线程程序在多变体执行架构下运行时的攻击误报,提高了多变体执行的可用性。