基于混合分析的二进制程序控制流图构建方法

构建控制流图（CFG）是二进制程序分析的基础工作,针对静态构建方法无法处理间接跳转,动态构建方法效率低、不适用于大规模程序的问题,提出结合静态分析和动态分析的混合分析方法. 使用静态分析获得基础的控制流信息;采用模糊测试生成测试用例以进行动态分析,利用动态插桩获得间接跳转信息;融合静态分析和动态分析结果生成控制流图. 基于该混合分析方法,设计并实现了面向x86平台二进制程序的控制流图构建工具CFGConstructor. 分别在示例程序和CGC数据集上进行实验,评估该工具的有效性和性能. 实验结果表明CFGConstructor相比于静态分析能够构建更加完备的控制流图,相比于动态分析分析效率更高,能够适用于大规模程序.     

基于网络攻防博弈模型的最优防御策略选取方法

为了降低安全风险损失,并在有限的资源下做出最优网络防御决策,设计了一种网络攻防博弈最优策略选取方法。首先,建立网络攻防博弈模型,证明了该模型混合策略纳什均衡的存在性;然后,给出了基于该模型的网络攻防策略选取算法,包括基于网络攻防策略图的攻防策略搜索算法、攻防双方不同策略下基于通用漏洞评分系统的效用函数量化计算方法和混合策略纳什均衡求解方法等;最后,在一个典型的网络攻防实例场景下对模型的有效性进行了分析和验证。实验结果表明,该模型能够有效地生成最优防御决策方案。     

基于符号执行技术的网络程序漏洞检测系统

网络程序由运行在不同物理节点上的服务器端和客户端组成。与普通二进制程序不同,网络程序在运行过程中,其服务器端和客户端会进行实时的通信和数据传输,二者之间的交互过程会对彼此的程序运行产生影响,因此,仅对服务器端程序进行分析常会导致漏洞的漏报或误报。首先以对网络程序进行自动化漏洞检测为目标,基于软件虚拟机的动态二进制翻译机制和选择性符号执行技术,对符号化数据的引入、符号执行过程中程序双端的状态同步技术进行了研究。然后通过重点函数挂钩的方式监控程序执行过程,确定了双端状态同步的判定模型,构建了一个自动化的网络程序漏洞检测系统。通过实验验证了该系统在实际网络程序漏洞发现过程中的有效性,并针对商业软件中存在的CVE漏洞进行了测试性检测,进一步证明了该系统的可推广性。     

基于MapReduce的互联网拓扑特征参数算法研究

针对传统单机算法在计算大规模互联网拓扑特征参数时效率低的问题,基于MapReduce分布式计算框架对网络拓扑特征参数算法进行研究。通过分析单机图算法并行移植时存在的问题,提出了图算法并行化设计的原则和消息传递机制;根据设计原则和消息传递机制,为4个网络拓扑参数设计了并行算法。实验证明,并行的拓扑参数算法能够有效提高计算效率,且具备良好的可扩展性。     

一种地址泄露敏感的二进制软件漏洞自动验证方法

软件漏洞自动验证是分析漏洞可利用性、评估其危害性的重要手段。然而在目标系统开启地址空间布局随机化（address space layout randomization, ASLR)漏洞缓解机制条件下,由于缺乏地址泄露事件的构造能力和有效的漏洞利用载荷运行时重定位方法,当前技术无法生成能有效验证漏洞可利用性的输入样本。为解决上述问题,提出了一种地址泄露敏感的二进制软件漏洞自动验证方法。该方法包含完全地址泄露漏洞状态自动构造和运行时环境无关的漏洞利用会话自动生成2个阶段。首先,综合执行状态动态监控、地址泄露样本自动构造、地址泄露导引的模糊测试等技术,自动生成能够蕴含执行目标载荷所需的全部地址泄露事件,并于其后触发漏洞的程序状态。然后,基于该漏洞触发状态,综合漏洞可利用状态构造、漏洞利用模板自动提取、基于载荷运行时动态重定位的漏洞可利用性自动验证等技术,自动构造出能够动态适配于目标系统运行环境的漏洞利用会话,并基于该会话自动完成目标漏洞可利用性分析。基于上述技术实现了LeakableExp原型系统,并以该原型系统对2个测试程序、14个CTF、RHG竞赛赛题程序和4个实际漏洞程序进行了实验分析。实验结果表明,LeakableExp具备在ASLR开启条件下,自动泄露目标系统敏感地址、分析漏洞可利用性的能力。     

基于动态能量调控的导向式灰盒模糊测试技术

导向式灰盒模糊测试(DGF)是能够快速生成测试用例,达到给定的程序目标区域并且发现漏洞的模糊测试技术. 针对当前DGF技术测试效率较低的问题,提出基于动态能量调控的DGF技术. 通过静态分析技术构建程序的函数调用图(CG)和控制流图(CFGs),定义并计算更准确的函数级别、基本块级别的目标距离;通过跟踪种子的执行轨迹,计算种子到目标区域的距离;基于动态能量调控函数对模糊测试中种子的变异数量进行更有效的调控,引导生成到达目标区域的测试用例. 基于该方法,实现导向式模糊测试原型系统AFL-Ant,并与现有的导向式模糊测试方法进行对比实验. 结果表明,本研究所提出的方法能够更加快速、有效地对目标区域进行测试,在补丁测试、漏洞复现方面具有较强的应用价值.     

距离与权重相结合的导向式灰盒模糊测试方法

导向式灰盒模糊测试是一种能够快速对程序指定位置进行测试的技术。通过对当前导向式灰盒模糊测试技术导向不够精确的问题进行分析,提出一种新的导向式灰盒模糊测试方法,并引入基本块权重与函数路径长度的概念。通过对被测程序的静态分析,构建被测程序的函数调用图和控制流程图,计算更准确的基本块距离并插桩到被测程序中。在模糊测试时通过插桩追踪并计算每个测试用例到指定目标的距离,模糊测试器依据该距离计算种子能量以实现对目标区域的导向,并基于该方法实现原型系统Afl-guide。实验结果表明,与现有的导向式模糊测试方法相比,该方法对目标区域导向更精确、路径覆盖更广,能够更快地生成覆盖程序指定位置的测试用例。     

SymFuzz:一种复杂路径条件下的漏洞检测技术

当前漏洞检测技术可以实现对小规模程序的快速检测,但对大型或路径条件复杂的程序进行检测时其效率低下。为实现复杂路径条件下的漏洞快速检测,文中提出了一种复杂路径条件下的漏洞检测技术SymFuzz。SymFuzz将导向式模糊测试技术与选择符号执行技术相结合,通过导向式模糊测试技术对程序路径进行过滤,利用选择符号执行技术对可能触发漏洞的路径进行求解。该技术首先通过静态分析获取程序漏洞信息;然后使用导向式模糊测试技术,快速生成可以覆盖漏洞函数的测试用例;最后对漏洞函数内可以触发漏洞的路径进行符号执行,生成触发程序漏洞的测试用例。文中基于AFL与S2E等开源项目实现了SymFuzz的原型系统。实验结果表明,SymFuzz与现有的模糊测试技术相比,在复杂路径条件下的漏洞检测效果提高显著。