进程控制流完整性保护技术综述

控制流劫持攻击利用程序内存漏洞获取程序的控制权,进而控制程序执行恶意代码,对系统安全造成极大的威胁.为了应对控制流劫持攻击,研究人员提出了一系列的防御手段.控制流完整性是一种运行时防御方法,通过阻止进程控制流的非法转移,来确保控制流始终处于程序要求的范围之内.近年来,越来越多的研究致力于解决控制流完整性的相关问题,例如提出新的控制流完整性方案、新的控制流完整性方案评估方法等.首先阐述了控制流完整性的基本原理,然后对现有控制流完整性方案进行了分类,并分别进行了分析,同时介绍了现有针对控制流完整性方案的评估方法与评价指标.最后,对控制流完整性的未来工作进行了展望,以期对未来的控制流完整性研究提供参考.     

内存数据污染攻击和防御综述

内存数据被污染往往是程序漏洞被利用的本质所在,从功能角度把内存数据划分为控制相关和非控制相关,由此引出控制流劫持攻击和非控制数据攻击。两者危害程度相当,前者因利用成本较低而成为主流,但随着控制流劫持防御方法的不断完善,非控制数据攻击逐渐被重视。研究者先后在顶级会议上提出了数据导向攻击得自动化利用框架Data-oriented Exploits （DOE）以及图灵完备性地证明Data-oriented Programming （DOP）,使得非控制数据攻击成为热点。本文基于这两种攻击形式,首先简化内存安全通用模型,并对经典内存数据污染攻击和防御的原理进行分析,其次分别论述新型控制流劫持和非控制数据攻击与防御的研究现状,最后探讨内存安全领域未来的研究方向,并给出两者协作攻击和防御的可能方案。     

面向动态生成代码的攻防技术综述

动态代码生成技术广泛使用在浏览器、Flash播放器等重要日常软件中,近年来其中曝出严重的安全问题,为控制流劫持攻击和相应的防御提供了新机会,受到越来越多的关注。针对动态生成代码在数据区且可被执行和直接依赖输入的特性,本文从代码注入攻击和代码重用攻击两个角度总结分析了控制流劫持攻击新技术,并从强制性防御和闪避防御（Moving target defense）两个角度对相关的主要防御新方法进行了阐述。同时提出动态代码生成系统安全性的衡量模型,对代表性防御技术进行对比分析和评估,并探讨了面向动态生成代码攻防技术的发展趋势和下一步的研究方向。     

KMBox:基于Linux内核改造的进程异构冗余执行系统

随机化技术防御进程控制流劫持攻击,是建立在攻击者无法了解当前内存地址空间布局的基础之上,但是,攻击者可以利用内存信息泄露绕过随机化防御获得gadget地址,向程序注入由gadget地址构造的payload,继续实施控制流劫持攻击,窃取敏感数据并夺取或破坏执行软件的系统。目前,异构冗余执行系统是解决该问题的方法之一,基本思想是同一程序运行多个多样化进程,同时处理等效的程序输入。随机化技术使冗余的进程对恶意输入做出不同的输出,同时正常功能不受影响。近年来,一些符合上述描述的系统已经被提出,分析进程异构冗余执行系统的表决设计可以发现,基于ptrace的实现方法会引入大量的上下文切换,影响系统的执行效率。率先直接修改内核设计出一种进程异构冗余执行系统,表决过程完全在内核中完成,冗余的进程独立地采用内存地址空间随机化技术,构建相互异构的内存地址空间布局,在与内存信息泄露相关的系统调用处进行表决,发现泄露信息不一致,阻断进程控制流劫持攻击。即使攻击者跳过内存信息泄露进行漏洞利用,异构内存空间布局也使得注入由gadget地址构造的payload无法同时在冗余的进程中有效,阻断进程控制流劫持攻击。实现...     

上下文敏感的控制流完整性保护的改进方法

面对控制流劫持攻击的威胁,业界使用控制流完整性保护技术来保障进程的执行安全。传统的控制流完整性验证保护机制依赖于动态二进制改写技术,在分析、实施等过程中难度较大,且有可能带来二进制兼容的问题。通过研究近几年提出的上下文敏感的控制流保护技术PathArmor,分析了其检测进程控制流的时机。然后针对PathArmor只在进程做系统调用时才进行检测的机制,提出了改进的方法。该方法依据内核页错误中断处理机制,通过修改用户页面的保护属性主动触发可执行页面的执行错误;接着,修改页错误中断处理过程,钩挂do_page_fault以处理主动触发的执行错误。用户进程代码和数据的完整性得以保证的同时,得到了更多陷入内核接受检查的机会。在Nginx,bzip2,SQLite等典型应用环境下的实验结果表明,改进的方法能够明显增加系统安全分析的粒度,更好地保护程序的控制流。     

基于控制流数据保护的缓冲区溢出防御方法

根据栈缓冲区溢出的基本原理,介绍了三种缓冲区溢出攻击的基本模式,分析了现有的动态防御方法所存在的优缺点。以此为基础,提出了一种基于控制流相关数据保护的栈缓冲区溢出动态防御方法,引入了加密机制,有效地防御攻击者对保护数据的篡改。设计并实现了针对目标文件为对象的二进制文件重构工具,通过理论分析和实验表明该方法能够极大概率防御各种缓冲区溢出攻击。     

ARM架构中控制流完整性验证技术研究

通用平台目标二进制代码运行时控制流的提取主要依赖于处理器硬件特性,或其动态二进制插桩工具,该平台的控制流完整性验证方法无法直接移植到进阶精简指令集机器( ARM)架构中。为此,基于控制流完整性验证技术,设计一种用于ARM架构,利用缓冲溢出漏洞检测控制流劫持攻击的方法。该方法在程序加载时、执行前动态构建合法跳转地址白名单,在目标二进制代码动态执行过程中完成控制流完整性验证,从而检测非法控制流转移,并对非法跳转地址进行分析,实现漏洞的检测和诊断。在ARM-Linux系统的动态二进制分析平台上实施测试,结果表明,该方法能够检测出漏洞,并精确定位攻击矢量。     

基于诱捕的软件异常检测综述

高级持续威胁（APT,advanced persistent threats）会使用漏洞实现攻击代码的自动加载和攻击行为的隐藏,并通过复用代码攻击绕过堆栈的不可执行限制,这是网络安全的重要威胁。传统的控制流完整性和地址随机化技术虽然有效抑制了APT的步伐,但软件的复杂性和攻击演化使软件仍存在被攻击的时间窗口。为此,以资源为诱饵的诱捕防御是确保网络安全的必要补充。诱捕机制包含诱饵设计和攻击检测两部分,通过感知与诱饵的交互行为,推断可能的未授权访问或者恶意攻击。针对文件、数据、代码3种诱饵类型,设计诱饵的自动构造方案并进行部署,从真实性、可检测性、诱惑性等方面对诱饵的有效程度进行度量。基于诱捕防御的勒索软件检测注重诱饵文件的部署位置,在漏洞检测领域,通过注入诱饵代码来检测代码复用攻击。介绍了在APT攻击各个阶段实施诱捕防御的相关研究工作,从诱饵类型、诱饵生成、诱饵部署、诱饵度量方面刻画了诱捕防御的机理;同时,剖析了诱捕防御在勒索软件检测、漏洞检测、Web安全方面的应用。针对现有的勒索软件检测研究在诱饵文件设计与部署方面的不足,提出了用于检测勒索软件的诱饵动态更新方法。讨论了诱捕防御面临的挑...     

基于垃圾代码的控制流混淆算法

针对控制流混淆会引入额外开销的问题,提出一种利用垃圾代码进行控制流混淆的算法。将分支垃圾代码算法和循环垃圾代码算法相结合,并引入Hash函数以限制代码的插入操作,从而控制代码长度的增长,降低程序分析的精确度,抵抗篡改攻击。实验结果表明,该算法能有效防御逆向工程攻击。     

面向Linux的内核级代码复用攻击检测技术

近年来,代码复用攻击与防御成为安全领域研究的热点.内核级代码复用攻击使用内核自身代码绕过传统的防御机制.现有的代码复用攻击检测与防御方法多面向应用层代码复用攻击,忽略了内核级代码复用攻击.为有效检测内核级代码复用攻击,提出了一种基于细粒度控制流完整性（CFI）的检测方法.首先根据代码复用攻击原理和正常程序控制流构建CFI约束规则,然后提出了基于状态机和CFI约束规则的检测模型.在此基础上,基于编译器辅助实现CFI标签指令插桩,并在Hypervisor中实现CFI约束规则验证,提高了检测方法的安全性.实验结果表明该方法能够有效检测内核级代码复用攻击,并且性能开销不超过60%.     

工业控制系统关键组件安全风险综述

随着现代信息技术与通信技术的快速发展,工业控制（简称“工控”）系统已经成为国家关键基础设施的重要组成部分,其安全性关系到国家的战略安全和社会稳定。现代工控系统与互联网越来越紧密的联系,一方面促进了工控技术的快速进步,另一方面为其带来了巨大安全问题。自“震网”病毒事件之后,针对工控系统的攻击事件频发,给全球生产企业造成了巨大经济损失,甚至对很多国家和地区的社会稳定与安全造成重大影响,引起人们对工控系统安全的极大关注。现代工控系统中自动化设备品类和专有协议种类繁多、数据流复杂且发展迅速等,导致对工控关键组件安全的综述难度很大,现有与此相关的综述性文献较少,且大多较为陈旧、论述不全面。针对上述问题,介绍了当前工控系统的主流体系结构和相关组件。阐述并分析了关键工控组件中存在的安全漏洞及潜在的威胁,并重点针对数据采集与监视控制（SCADA）中的控制中心、可编程逻辑控制器、现场设备的攻击方法进行归纳、总结,对近几年文献中实施攻击的前提条件、攻击的对象、攻击的实施步骤及其危害性进行了归纳与分析,并从可用性、完整性和机密性的角度对针对工控网络的攻击进行了分类。给出了针对工控系统攻击的可能发展趋势。     

基于Windows的软件安全典型漏洞利用策略探索与实践

随着全球信息化的迅猛发展,计算机软件已成为世界经济、科技、军事和社会发展的重要引擎。信息安全的核心在于其所依附的操作系统的安全机制以及软件本身存在的漏洞。软件漏洞本身无法构成攻击,软件漏洞利用使得把漏洞转化为攻击变为可能。文章立足于Windows操作系统,主要分析了一些常用软件的典型漏洞原理以及常见的利用方法,比较了不同利用方法在不同环境下的性能优劣,并简单分析了Windows的安全机制对软件的防护作用以及对软件漏洞利用的阻碍作用。文章着重对几种典型漏洞进行了软件漏洞利用的探索和实践,并使用当前流行的对安全机制的绕过方法分析了Windows几种安全机制的脆弱性。     

污点分析技术研究综述

污点分析技术是保护隐私数据安全和实现漏洞检测的重要技术手段，也是信息安全研究的热点领域。对近年来污点分析技术的研究现状和发展情况进行综述，介绍了污点分析的理论基础以及静态污点分析和动态污点分析的基本概念、关键技术和研究进展，并从技术实现方式的角度出发，阐述了基于硬件、软件、虚拟环境和代码等四种污点分析技术的实现方式、核心思想以及优缺点；然后，从污点数据流向的角度出发，概述了污点分析技术在相关领域的两种典型应用，即隐私数据泄露检测和漏洞探测；最后，简要分析了污点分析的缺点和不足，并展望该技术的研究前景和发展趋势。     

工业测控设备内生信息安全技术研究综述

工业测控设备是工业控制系统的神经中枢,其信息安全问题直接关系到工业控制系统的安全。传统信息安全防护技术手段具有局限性,网络无法阻断物理介质传输数据和物理设备的接入,即使是物理隔离的工业测控设备,亦可以成为攻击目标,迫切需要增强工业测控设备自身的内生安全防护能力。本文结合相关国际标准和国家标准,将工业测控设备内生信息安全防护技术分为静态加固技术和动态防护技术,对涉及的七类信息安全防护技术进行了逻辑分类,给出了工业测控设备的内生信息安全的术语定义,并具体分析、评价了已有相关理论研究和关键技术的优势和不足之处。最后,对工业测控设备的内生信息安全防护技术的发展趋势进行了展望。     

跨域访问控制技术研究

根据国内外最新研究,对跨域数据流动中的访问控制技术进行了总结和展望。首先,结合复杂应用环境下的访问控制,概括了访问控制模型、数据安全模型的发展。其次,分别从数据标记、策略匹配和策略冲突检测方面对访问控制策略管理的研究展开论述。最后,总结归纳了统一授权管理中数据标记技术和授权与延伸控制技术的研究现状。     

基于虚拟化技术的信息流控制方法

随着信息技术的发展,越来越多的企业利用资源的共享、信息的交换以及交互操作等方式开展工作。信息的安全问题越来越引起人们的关注,尤其是涉密信息的安全。因此必须对不同安全密级信息的流动进行严格控制。本文分析了现有的采用分区机制的可信系统的信息流控制方法的不足,并对传统的多级安全操作系统中信息流的安全性进行探讨,利用现在流行的虚拟化技术,采用显示安全标记和隐式安全标记相结合的方法提出了一种基于虚拟机的信息流安全控制方法,并通过无干扰理论进一步验证了该信息流控制方法的安全性和有效性。