基于移動平臺的安全性研究

上海大學(xué)計算機(jī)工程與科學(xué)學(xué)院 吳東澤

一、移動平臺的安全現(xiàn)狀

移動設(shè)備已經(jīng)成為執(zhí)行各種應(yīng)用程序的開放平臺。由于智能手機(jī)的快速增長和移動通信技術(shù)的迅速推廣，越來越多的消費(fèi)者使用智能手機(jī)上網(wǎng)，消費(fèi)各種服務(wù)。移動應(yīng)用為我們的日常生活帶來了極大的便利，通過互聯(lián)網(wǎng)提供即時的信息資源，支持隨時隨地的通信，并提供各種各樣的功能。移動應(yīng)用的快速增長對移動互聯(lián)網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)的成功起著至關(guān)重要的作用。移動應(yīng)用的安全性需要特別關(guān)注。一方面，現(xiàn)今的APP為了用戶滿意度、用戶體驗(yàn)不斷優(yōu)化應(yīng)用，開發(fā)出各種新穎的功能，一次又一次地突破技術(shù)壁壘。另一方面，用戶在享受著這些移動應(yīng)用帶來的貼心服務(wù)的同時，不免由衷地?fù)?dān)心，在這樣一個信息化的社會，自己是否變得越來越透明，個人信息的安全性能否得到保障。在智能手機(jī)行業(yè)，搭載Android操作系統(tǒng)的設(shè)備處于領(lǐng)先地位。然而，大約97%的移動惡意軟件針對的是Android手機(jī)。近年來，Android手機(jī)的安全事件頻頻發(fā)生，一些嚴(yán)重的攻擊事件也發(fā)生在蘋果手機(jī)上。

這些威脅具有很高的相關(guān)性，因?yàn)榻裉斓闹悄苁謾C(jī)可以被視為移動的個人庫存，管理著大量的個人信息。以此為基礎(chǔ)，加上移動設(shè)備的在線特性，使得智能手機(jī)成為攻擊者的重要目標(biāo)。例如，間諜應(yīng)用程序可以收集用戶的位置或竊取個人信息，并將其出售給市場營銷人員。即使是知名的應(yīng)用程序，也可能利用它們獲取“敏感”資源來處理各種研究工作中的個人信息。在其他情況下，移動應(yīng)用程序可能是越權(quán)的，這意味著它請求的權(quán)限比實(shí)際需要的要多。因此，這些應(yīng)用程序可能會被惡意應(yīng)用程序請求并提供對其他私有信息的訪問。一些事實(shí)表明，在移動應(yīng)用商店方面存在安全分析機(jī)制并不能保證安全性(例如：缺乏惡意操作)和終端用戶個人數(shù)據(jù)的隱私。為了識別移動應(yīng)用程序中可能存在的錯誤配置和越權(quán)，研究人員關(guān)注的是不同的方法。

二、移動應(yīng)用程序的“惡意”

以Android平臺為例，Android系統(tǒng)的廣泛流行伴隨著針對這些系統(tǒng)的惡意軟件數(shù)量的增加。這很大程度上是由于Android框架的開放性，使得在任何Android設(shè)備上運(yùn)行的第三方應(yīng)用程序的加入更加方便。進(jìn)程間通信是Android框架最顯著的特性之一，因?yàn)樗试S跨進(jìn)程邊界重用組件。該機(jī)制被用作網(wǎng)關(guān)訪問Android框架工作中的不同敏感服務(wù)。在Android平臺中，這個通信系統(tǒng)通常是由一個被稱為Intent的延遲運(yùn)行綁定消息對象驅(qū)動的。Android為安裝在其上的應(yīng)用程序提供了原始和直觀的架構(gòu)。開發(fā)人員可以提供他們的初始策略來限制應(yīng)用程序的不同組件的訪問。然而，Android框架并不強(qiáng)制執(zhí)行任何安全策略以確保應(yīng)用程序的可靠性。一旦應(yīng)用程序被安裝，系統(tǒng)資源被允許訪問，那么任何被安裝的應(yīng)用程序就會產(chǎn)生惡意，系統(tǒng)不會分析動態(tài)行為以確保應(yīng)用程序和系統(tǒng)的完整性。此外，Android還采用了“全或否”的權(quán)限模型。這意味著，為了成功地安裝應(yīng)用程序，用戶必須接受所有的權(quán)限，否則安裝過程將被終止。隨著Android軟件開發(fā)和維護(hù)的不斷增多，以及惡意軟件自身的抗檢測能力不斷增強(qiáng)，當(dāng)前主流的靜態(tài)Android惡意軟件檢測技術(shù)面臨一些問題。比如，傳統(tǒng)的簽名檢測技術(shù)在檢測代碼混淆或重打包的惡意軟件方面效果不佳。[1]

三、移動應(yīng)用安全性檢測方法

目前對惡意軟件檢測的研究可以分為靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩種方法。靜態(tài)分析的目的是在不執(zhí)行程序的情況下發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序的惡意特性或惡意代碼段，分析源代碼或應(yīng)用程序的二進(jìn)制代碼，以識別可能的數(shù)據(jù)泄漏源和數(shù)據(jù)泄漏。而動態(tài)分析則專注于收集應(yīng)用程序的行為數(shù)據(jù)，以便在應(yīng)用程序運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)惡意軟件，如掃描第三方應(yīng)用程序，比如權(quán)限管理器，可以掃描所有已安裝的應(yīng)用程序，并生成一個報告，通知用戶使用請求權(quán)限。靜態(tài)分析可以找到高準(zhǔn)確度和高效率的已知惡意軟件。但它是用偽裝技術(shù)和加密算法來解決的，并且在運(yùn)行時無法發(fā)現(xiàn)入侵。它對所有惡意功能都可以實(shí)現(xiàn)全面的檢測。靜態(tài)分析雖然覆蓋面廣，能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的自動化，但還是存在誤報問題。[2]相反，動態(tài)分析可以區(qū)分實(shí)時攻擊。但這種方法往往消耗大量的操作資源，效率低，檢測精度高。目前，通過結(jié)合使用兩種方法的優(yōu)點(diǎn)來檢測移動惡意軟件是一種好的解決方案。鑒于動態(tài)加載和反射機(jī)制被廣泛使用的現(xiàn)狀，為了充分發(fā)揮靜態(tài)分析工具在 Android 隱私泄露檢測中的作用，就必須采取措施解決靜態(tài)污點(diǎn)分析工具處理 Android 動態(tài)加載和反射機(jī)制的缺陷。[3]

在文獻(xiàn)中，移動惡意軟件的研究仍處于起步階段，即使惡意軟件的作者將他們的注意力轉(zhuǎn)移到智能手機(jī)上?，F(xiàn)有的解決方案中，很少能有效地檢測到移動惡意軟件。一些惡意的移動應(yīng)用程序在被使用一段時間后，會突然對使用者的移動設(shè)備進(jìn)行攻擊，這一威脅對移動應(yīng)用安全的研究提出了挑戰(zhàn)。

使用靜態(tài)分析來檢測Android應(yīng)用程序的隱私泄露的最先進(jìn)的方法主要是檢測內(nèi)部組件敏感數(shù)據(jù)泄漏。利用靜態(tài)分析方法，通過跟蹤敏感源和接收器之間的污染來檢測組件的截獲漏洞。如使用程序間控制流圖(CFG)搜索和靜態(tài)taint檢查在Android應(yīng)用程序中檢測可利用的數(shù)據(jù)路徑；在Android應(yīng)用程序的單個組件中執(zhí)行了taint分析，使精度更高；不僅關(guān)注組件內(nèi)部的泄漏，還考慮了基于組件間通信(ICC)的隱私泄漏，包括應(yīng)用程序間通信(IAC)泄漏。

Android的靜態(tài)分析是很困難的。盡管Android應(yīng)用程序主要是用Java編程的，但Java提供的的現(xiàn)成靜態(tài)分析工具并不適用于Android應(yīng)用程序。這些工具主要有三個原因：

第一個原因是，正如前面提到的，Android應(yīng)用程序是由組件構(gòu)成的。組件之間的通信涉及兩個主要的工件：意圖過濾器和意圖。一個意圖過濾器附加到一個組件和“過濾器”意圖可以到達(dá)組件。意圖用于啟動一個新的組件，首先動態(tài)地創(chuàng)建一個Intent實(shí)例，然后通過調(diào)用一個特定的方法(例如startActivity, startService)，將先前創(chuàng)建的意圖作為參數(shù)。意圖通過指定新組件來顯式地使用。一個組件的啟動是由Android系統(tǒng)執(zhí)行的，它在運(yùn)行時解決了意圖和意圖過濾器之間的匹配。這個由Android系統(tǒng)完成的動態(tài)解決方案在Android應(yīng)用程序的控制流中引入了不連續(xù)性。這種特性使得靜態(tài)分析具有挑戰(zhàn)性，它需要預(yù)先處理代碼來解決組件之間的鏈接。

第二個原因與Android應(yīng)用程序的以用戶為中心的特性有關(guān)，用戶可以通過觸摸屏進(jìn)行大量交互。用戶輸入的管理主要是通過處理特定的回調(diào)方法(如用戶單擊按鈕時調(diào)用的onClick方法)來完成的。靜態(tài)分析需要一個精確的模型來刺激用戶的行為。

第三個也是最后一個原因與組件的生命周期管理有關(guān)。在傳統(tǒng)的java程序中沒有主方法。相反，Android系統(tǒng)通過調(diào)用回調(diào)方法(如onStart、onResume或onCreate)在組件的生命周期狀態(tài)之間切換。但是，這些生命周期方法在代碼中沒有直接連接。建模Android系統(tǒng)允許將回調(diào)方法連接到代碼的其余部分。

上述挑戰(zhàn)將不可避免地導(dǎo)致控制流圖中的一些不連續(xù)。為了克服這些問題，需要對ICC和IAC鏈路進(jìn)行更精確的檢測。這種方法是通用的，可以用于任何數(shù)據(jù)流分析。

而動態(tài)分析使用動態(tài)跟蹤來發(fā)現(xiàn)隱私泄露。利用Android的虛擬化執(zhí)行環(huán)境，在運(yùn)行時監(jiān)控Android應(yīng)用程序，跟蹤應(yīng)用程序如何泄露隱私信息。動態(tài)觀察Android組件與底層Linux系統(tǒng)之間的交互，以重構(gòu)更高級別的行為。當(dāng)前針對Android應(yīng)用程序的動態(tài)測試方法主要以事件為驅(qū)動，遍歷程序圖形用戶界面Graph User Interface(GUI)元素來發(fā)現(xiàn)程序的漏洞或者隱私泄露等敏感行為。[4]

動態(tài)方法必須在運(yùn)行時向應(yīng)用程序發(fā)送輸入數(shù)據(jù)以觸發(fā)代碼執(zhí)行。輸入數(shù)據(jù)可能是不完整的，因此不能執(zhí)行代碼的所有部分。此外，如果在運(yùn)行時遇到精確的條件(如數(shù)據(jù))，則可能只執(zhí)行一部分代碼。靜態(tài)分析則會避免這些缺點(diǎn)。但與此同時，靜態(tài)分析的缺點(diǎn)是，它可能會產(chǎn)生一個過度檢測，因?yàn)樗治隽怂写a，甚至是一個永遠(yuǎn)不會被執(zhí)行的代碼。

四、結(jié)論

隨著安全檢測方法的日益成熟，移動應(yīng)用程序的惡意攻擊手段也在不斷更新。僅局限于單一的、固定的檢測方法將無法應(yīng)對，必須視實(shí)際情況，將靜態(tài)代碼分析技術(shù)與動態(tài)分析技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來。除了有效的檢測手段。對于各類移動應(yīng)用的發(fā)布平臺，也要加強(qiáng)移動程序的監(jiān)管，避免其流入市場。從用戶的角度，也應(yīng)當(dāng)及時刪除不用的個人敏感信息，在正規(guī)的移動應(yīng)用商店獲取應(yīng)用，設(shè)置較強(qiáng)的密碼等方法來保護(hù)個人隱私。

[1]寧卓,邵達(dá)成,陳勇,孫知信.基于簽名與數(shù)據(jù)流模式挖掘的Android惡意軟件檢測系統(tǒng)[J].計算機(jī)科學(xué),2017,44(S2)：317-321.

[2]陳璐,馬媛媛,石聰聰,李尼格,李偉偉.Android應(yīng)用安全缺陷的靜態(tài)分析技術(shù)研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用,2018,54(04)：117-121.

[3]樂洪舟,張玉清,王文杰,劉奇旭.Android動態(tài)加載與反射機(jī)制的靜態(tài)污點(diǎn)分析研究[J].計算機(jī)研究與發(fā)展,2017,54(02)：313-327.

[4]湯楊,曾凡平,王健康,黃心依.基于靜態(tài)分析的Android GUI遍歷方法[J].計算機(jī)應(yīng)用,2016,36(10)：2811-2815.