基于用戶意愿的智能手機安全監(jiān)控方法研究

張麗娜，何 遠

（大理學院 數(shù)學與計算機學院 物聯(lián)網(wǎng)實驗室，云南 大理 671003）

隨著國內(nèi)3G通信的發(fā)展，智能終端在國內(nèi)的市場占有率正在逐步升高，智能電視、智能機頂盒等也進入平常百姓家。上網(wǎng)功能的增強、應用的增加使智能終端感染病毒的機會增大。2004年6月第一款手機病毒“Cabir”被截獲[1]，此后手機病毒不斷發(fā)展，針對智能手機的病毒也呈上升趨勢，因手機木馬而造成的話費糾紛日漸突出，因而對智能終端業(yè)務安全監(jiān)控引起眾多學者和相關(guān)廠商的關(guān)注。

針對手機病毒、木馬，許多廠家都推出了相關(guān)的殺毒軟件。主要廠商包括AirScanner、F-Secure、McAfee、賽門鐵克等。這些產(chǎn)品具有掃描手機病毒、實時監(jiān)控等功能。但只要病毒稍加改動，往往能逃過殺毒軟件的查殺。目前手機監(jiān)控模塊只實現(xiàn)了簡單的功能，例如，幫助用戶檢查下載程序的合法性、檢測安裝程序產(chǎn)生的新文件等[2]。病毒能使手機自動發(fā)送短信、自動連網(wǎng)等，從而給用戶帶來話費損失。手機防火墻能對智能終端進行監(jiān)控，并通過黑白名單對相關(guān)業(yè)務進行攔截[3-5]，但都存在一定局限性，只對木馬病毒的特征或只針對業(yè)務行為特征，沒有把用戶意愿和木馬特征結(jié)合起來考慮，不能很好地解決木馬的非法業(yè)務觸發(fā)問題，而本文將重點解決這一問題。

1 安全漏洞分析

1.1 智能手機的控件棧

用戶使用手機時都通過界面的導航和按鍵的觸發(fā)來完成操作，用戶界面控件提供了在屏幕上畫圖和處理按鍵事件的一般方法。這些控件之所以能有條不紊地對用戶的按鍵輸入進行響應，主要是通過控件棧機制。

程序通過參數(shù)aKeyEvent可以獲得按鍵事件，如果這個按鍵事件已經(jīng)被處理，就會從函數(shù)返回EKeyWasCon?sumed，因此App UI就不會把這個按鍵響應事件傳給其他控件。相反，如果一個按鍵響應事件沒有被處理，就會返回EKeyWasNotConsumed，所以這個按鍵響應事件就會被傳遞給其他控件[6]。觸摸屏手機的具體實現(xiàn)過程相對復雜，但控制實現(xiàn)原理與按鍵式手機類似。

1.2 智能手機中的木馬行為

新的手機應用程序設計好后，最終打包成一個文件發(fā)布到手機上。該文件中包含了程序所需要的資源和相關(guān)代碼，所以木馬病毒一般將代碼嵌入到正常的應用程序中。用戶運行含有病毒的應用程序后，程序執(zhí)行相關(guān)功能的同時觸發(fā)了病毒進程，從而引起病毒攻擊[7]。病毒線程如圖1所示。

圖1 病毒線程

從圖1可看出，只用進程檢測等手段，很難發(fā)現(xiàn)木馬程序。但木馬程序必須首先通過訪問系統(tǒng)中的某些資源或接口才能進行破壞行動。

1.3 安全漏洞分析

以短信業(yè)務為例，其正常業(yè)務流程如圖2所示。用戶操作步驟為開啟手機用戶界面、選擇業(yè)務、編輯短信、設置被叫號碼、發(fā)送短信，每一步都在用戶界面的導航下通過按鍵事件觸發(fā)完成。

圖2 短信業(yè)務流程

木馬利用了手機程序和相關(guān)協(xié)議棧的漏洞取得了相關(guān)權(quán)限，按號碼簿中的電話號碼生成短信數(shù)據(jù)包后，調(diào)用短信發(fā)送模塊，完成短信發(fā)送的功能。

從文獻[8]介紹的智能手機體系結(jié)構(gòu)可以看出，各層間的調(diào)用過程是單向線性的，也就是說第N層可以調(diào)用第N-1層服務，但第N-1層不能保證一定被第N層調(diào)用。具體到短信業(yè)務來說，就是發(fā)送模塊沒有驗證所發(fā)消息是用戶通過按鍵觸發(fā)的，這樣就給木馬程序留下了破壞的機會。

2 用戶意愿的安全監(jiān)控機制

2.1 用戶意愿

“用戶意愿”概念的提出是為了準確描述用戶的使用意圖。用戶意愿是用戶的想法及目的，主要用于區(qū)分業(yè)務的觸發(fā)是病毒造成的還是用戶自己的愿望。在安全監(jiān)控上體現(xiàn)操作是用戶授權(quán)的，同時表明授權(quán)是真實的，即訪問授權(quán)確實是用戶本人發(fā)布的，而不是程序偽造的。

借鑒文獻[9-10]的安全監(jiān)控方法，并在此基礎上融入序列模式挖掘的思想。只有使用過某些按鍵，才可能觸發(fā)對應的智能手機安全監(jiān)控業(yè)務。通過對某種型號手機使用的操作步驟進行分析，才能從中提取有代表性的操作。短信發(fā)送一般可分為以下幾個序列：1）從通訊錄發(fā)短信，其序列為“通訊錄→左鍵→向下→確認鍵→確認鍵→…→左鍵→確認鍵”。2）從菜單發(fā)短信，其序列為“左鍵→確認鍵→確認鍵→…→左鍵→確認鍵”。3）回復短信，其序列為“左鍵→向下→確認鍵→確認鍵→左鍵→確認鍵→…→左鍵→確認鍵”。對其進行符號化，可得到如下 對 應 序 列 ：{S0S1S2S3S3…S1S3}，{S1S3S3…S1S3}，{S1S2S3S3S1S3…S1S3}。

這樣就可以通過對用戶按鍵序列的監(jiān)控得到用戶意愿信息，如果不符合用戶意愿，那就是病毒觸發(fā)的業(yè)務，換句話說，如果沒有對應的按鍵序列，但有相關(guān)業(yè)務發(fā)生就判斷為非用戶意愿。

2.2 安全監(jiān)控機制流程

通過上面分析可知，如果符合用戶意愿就認為是用戶正常使用的業(yè)務，反之，就認為是非法業(yè)務。為了對業(yè)務進行保護，對相關(guān)的接口資源等進行監(jiān)控，并進行判斷，對正常業(yè)務不進行攔截，如果是非法業(yè)務則進行攔截并告警。具體流程如圖3所示。

圖3 安全監(jiān)控的業(yè)務流程

第1步，增加一個監(jiān)控進程，記錄手機的按鍵操作，并將按鍵記錄裝入數(shù)據(jù)庫中。

第2步，增加一個監(jiān)控進程，監(jiān)控手機功能調(diào)用操作，針對不同功能監(jiān)控不同的API調(diào)用。

第3步，根據(jù)第1步的記錄，挖掘按鍵記錄中的序列模式，提取出對應的序列模式。

第4步，監(jiān)控到對應的API調(diào)用后，先中斷（暫停）執(zhí)行并進行判斷，判斷規(guī)則由第3步的結(jié)果與對應的正常序列對比。如果是合法操作，則繼續(xù)執(zhí)行。否則，告警提示用戶并按用戶選擇進行操作。

通過對按鍵事件的序列挖掘，認證了手機業(yè)務的用戶觸發(fā)，從而實現(xiàn)了基于用戶意愿的安全監(jiān)控，這樣就能避免因為病毒、木馬而造成的話費糾紛。

3 安全性能評估

3.1 安全性分析

智能手機病毒程序具有自動執(zhí)行的特點，使它可以偽造用戶的授權(quán)，從而完成破壞功能。但手機病毒無法像計算機病毒那樣做的太大，病毒程序還無法從硬件驅(qū)動層去模擬按鍵信息，所以在目前一段時間內(nèi)監(jiān)控程序的安全性。同時對于不同的手機，操作時有一定差異，病毒無法模擬全部的按鍵序列，其安全性進一步得到加強。

3.2 實驗驗證

3.2.1 實驗驗證方案

目前對感染病毒的手機多數(shù)有自動發(fā)送短信的特點，所以本實驗選擇短信業(yè)務為實驗基礎，并以Symbian的開發(fā)環(huán)境作為實驗平臺，對基于用戶意愿的安全監(jiān)控方案的可行性進行了初步的驗證。

一般攻擊者往往把這種程序綁定到游戲、實用軟件中，通過正常使用軟件而觸發(fā)病毒，這樣用戶一般就不會有戒備。由于游戲的“有趣”，被攻擊者很可能還會通過自己的宣傳而導致更多的人中毒。從圖3可以看出，可針對不同業(yè)務進行監(jiān)控，本文主要對短信業(yè)務進行監(jiān)控。

為了模擬自動發(fā)送短信的病毒，創(chuàng)建一個項目命名為“xuexi”，在程序菜單的“about”菜單項，增加觸發(fā)短信發(fā)送功能，使其運行時顯示正常的軟件版本信息，同時“悄悄”地在后臺發(fā)送短信，從而模擬了手機僵尸病毒的發(fā)送短信的特征。

3.2.2 實驗結(jié)果

把“xuexi”程序上傳到手機并安裝，然后通過360手機安全衛(wèi)士對程序進行安全掃描，其結(jié)果與手機QQ、游戲（封神榜2）等正常軟件類似，結(jié)果為安全未知，建議云查殺。對其進行云查殺后，對QQ程序的結(jié)果為“安全，可以放心使用”，但對“xuexi”的結(jié)果卻仍然是“安全未知”，結(jié)果如圖4所示。從結(jié)果可以看出，對于這個“新病毒”，靜態(tài)掃描技術(shù)無法及時正確判斷，證明了殺毒軟件的滯后性。

在設計xuexi程序時為了能看到發(fā)送成功的結(jié)果，沒有對短信發(fā)送報告等細節(jié)進行處理。運行“xuexi”程序，通過點擊about菜單選項后，可以看見程序顯示正常版本信息外自動發(fā)送短信，圖5為“xuexi”程序自動發(fā)送短信后發(fā)送成功的報告。

接下來運行安全監(jiān)控程序，在設計時為了不影響用戶操作，選擇了后臺運行方式，所以無法直接看到程序正在運行，通過軟件才能看到，“dxjk.EXE”正在運行，具體如圖6所示，然后再次運行“xuexi”程序，可以看到短信被攔截，結(jié)果如圖7所示。

4 小結(jié)

本文設計了一種基于用戶的短消息安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務行為特征判斷非法業(yè)務的觸發(fā)并能阻止其進一步的執(zhí)行，避免因中木馬而產(chǎn)生話費損失，并間接證明了可能有木馬病毒的存在。智能終端的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)與智能手機類似，所以此防毒設計方案，對于智能電視、智能機頂盒等有一定的借鑒意義。

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