基于分層控制的移動(dòng)應(yīng)用保護(hù)方法研究和設(shè)計(jì)

肖榮 陸晉軍 馬思峻

摘要：隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動(dòng)辦公已經(jīng)成為政府、企業(yè)提供業(yè)務(wù)和服務(wù)的最主要的方式。本文研究了一種基于分層保護(hù)技術(shù)的移動(dòng)應(yīng)用安全保護(hù)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)應(yīng)用的多層次的保護(hù)。

Abstract： With the rapid development of mobile Internet， mobile application has become the key way for the government and enterprises to provide business and services. In the paper， a method of mobile security protection based on multi-level protection is studied and realized.

關(guān)鍵詞：移動(dòng)應(yīng)用安全;惡意軟件;Hook;ASM;移動(dòng)設(shè)備管理

Key words： mobile application security;malicious software;Hook;ASM;mobile device management

中圖分類號(hào)：TP316? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）21-0176-03

0? 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動(dòng)辦公日漸興起，智能手機(jī)、Pad等移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)成為企業(yè)業(yè)務(wù)承載和個(gè)人日常生活的最主要的載體。在移動(dòng)設(shè)備中，存貯了企業(yè)辦公所需的郵件、數(shù)據(jù)、通信錄、照片、視頻等重要信息。頻繁的網(wǎng)絡(luò)交互以及使用第三方移動(dòng)應(yīng)用等，使得移動(dòng)設(shè)備被入侵、被惡意應(yīng)用程序竊取信息等風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，給企業(yè)、個(gè)人的信息安全帶來(lái)巨大的安全隱患。

企業(yè)移動(dòng)辦公面臨的風(fēng)險(xiǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

1? 無(wú)法定位移動(dòng)應(yīng)用故障和性能問(wèn)題

企業(yè)自有移動(dòng)應(yīng)用的來(lái)源主要包括自有開(kāi)發(fā)和委托第三方開(kāi)發(fā)。移動(dòng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)因?yàn)榧夹g(shù)能力的差異，經(jīng)常會(huì)面臨移動(dòng)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)的質(zhì)量問(wèn)題，造成移動(dòng)應(yīng)用的閃退、無(wú)響應(yīng)、耗電量高、流量開(kāi)銷(xiāo)大等問(wèn)題，甚至出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，從而導(dǎo)致用戶體驗(yàn)下降，故障、性能和安全問(wèn)題是企業(yè)自有移動(dòng)應(yīng)用面臨的主要問(wèn)題。

2? 使用第三方移動(dòng)應(yīng)用帶來(lái)信息安全問(wèn)題

移動(dòng)應(yīng)用的環(huán)境過(guò)于開(kāi)放，使得在使用第三方的移動(dòng)應(yīng)用時(shí)，容易產(chǎn)生安全隱患，發(fā)生數(shù)據(jù)泄露。根據(jù)工信部發(fā)布的報(bào)告中[1]，多款A(yù)PP涉嫌侵犯用戶的隱私，其中主要包括：私自啟用設(shè)備功能進(jìn)行竊聽(tīng)、非法訪問(wèn)照片和通信錄、偷傳移動(dòng)設(shè)備信息等問(wèn)題。因此，需要對(duì)第三方移動(dòng)應(yīng)用的進(jìn)行安全運(yùn)行環(huán)境，限制第三方APP非授權(quán)訪問(wèn)移動(dòng)設(shè)備的通信錄、語(yǔ)音、攝像頭等功能，防止偷取、竊聽(tīng)、篡改用戶的信息，保障移動(dòng)環(huán)境下的企業(yè)移動(dòng)辦公的安全[2]。

3? 移動(dòng)設(shè)備丟失造成數(shù)據(jù)泄密問(wèn)題

移動(dòng)性、便攜性是移動(dòng)辦公的最大優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也使移動(dòng)設(shè)備存在丟失的風(fēng)險(xiǎn)。一旦包含敏感信息的政務(wù)、企業(yè)移動(dòng)辦公的設(shè)備丟失，則可能造成信息泄露，并可能成為被攻擊的漏洞。

因此，對(duì)政務(wù)、企業(yè)的移動(dòng)辦公的安全防護(hù)，重點(diǎn)在于保障移動(dòng)應(yīng)用安全、移動(dòng)運(yùn)行環(huán)境安全和移動(dòng)設(shè)備安全。

3.1 基于Hook技術(shù)的安全運(yùn)行環(huán)境

Hook技術(shù)是一種用于監(jiān)控Windows系統(tǒng)消息的技術(shù)。Hook技術(shù)能夠在功能函數(shù)執(zhí)行前，過(guò)濾一些關(guān)鍵函數(shù)調(diào)用，使得系統(tǒng)先執(zhí)行自己的掛鉤函數(shù)，從而達(dá)到監(jiān)控系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用，改變被鉤函數(shù)功能的目的。

根據(jù)操作系統(tǒng)訪問(wèn)權(quán)限的不同，Hook技術(shù)主要分為兩種不同的類型：內(nèi)核級(jí)Hook和用戶級(jí)Hook。其中，用戶級(jí)Hook工作在操作系統(tǒng)的用戶層，主要通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)注入和導(dǎo)入地址表的方式進(jìn)行Hook，即將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)注入到用戶空間進(jìn)程，修改導(dǎo)入地址表，將截取的目標(biāo)函數(shù)的地址修改為鉤子函數(shù)的地址進(jìn)而達(dá)到Hook的目的。（圖1）

基于Android平臺(tái)Hook技術(shù)的研究主要集中在用戶級(jí)Hook。根據(jù)不同運(yùn)行時(shí)體系結(jié)構(gòu)，搜索目標(biāo)函數(shù)在內(nèi)存中的入口地址，通過(guò)修改目標(biāo)函數(shù)方法結(jié)構(gòu)體中函數(shù)地址值，進(jìn)行Dex Hook函數(shù)加載及函數(shù)Hook，完成運(yùn)行時(shí)Hook過(guò)程。通過(guò)Hook技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)Android終端的安全保護(hù)，混合支持Android Dalvik和Android ART虛擬機(jī)[3]，實(shí)現(xiàn)智能終端的安全保護(hù)。通過(guò)動(dòng)態(tài)獲取目標(biāo)函數(shù)修改目標(biāo)內(nèi)存塊的讀取權(quán)限，將該內(nèi)存塊存儲(chǔ)的目標(biāo)函數(shù)入口地址替換成自定義函數(shù)地址，當(dāng)應(yīng)用調(diào)用目標(biāo)函數(shù)時(shí)，最終會(huì)執(zhí)行自定義函數(shù)，自定義函數(shù)中加入了安全保護(hù)代碼，執(zhí)行結(jié)束后再跳轉(zhuǎn)到原有目標(biāo)函數(shù)入口地址，從而實(shí)現(xiàn)將應(yīng)用程序中的目標(biāo)函數(shù)入口地址改變?yōu)殂^子函數(shù)的地址達(dá)到Hook的目的。

通過(guò)Hook技術(shù)，可以對(duì)需要使用的第三方應(yīng)用進(jìn)行防護(hù)，對(duì)于移動(dòng)設(shè)備中重要的系統(tǒng)級(jí)調(diào)用進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)Hook對(duì)這些系統(tǒng)級(jí)調(diào)用進(jìn)行加“殼”保護(hù)，使用自定義的函數(shù)，來(lái)進(jìn)行授權(quán)、執(zhí)行、記錄等操作，可以禁止第三方應(yīng)用私自調(diào)用這些功能和接口，并對(duì)每一次系統(tǒng)級(jí)調(diào)用進(jìn)行記錄，從而防止第三方移動(dòng)應(yīng)用非法竊取移動(dòng)設(shè)備上的用戶數(shù)據(jù)隱私，并保留可以進(jìn)行系統(tǒng)安全審計(jì)和追溯的痕跡。

3.2 面向切面編程技術(shù)的移動(dòng)應(yīng)用監(jiān)控

基于字節(jié)碼增強(qiáng)方法，使用面向切面編程技術(shù)，對(duì)已有應(yīng)用的Android源代碼進(jìn)行預(yù)編譯處理，在應(yīng)用編譯打包時(shí)，實(shí)現(xiàn)在不需要源代碼的情況下，給程序動(dòng)態(tài)統(tǒng)一添加探針代碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)已有的移動(dòng)應(yīng)用增加移動(dòng)應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用的業(yè)務(wù)邏輯和系統(tǒng)監(jiān)控保護(hù)服務(wù)的分離。

基于字節(jié)碼增強(qiáng)方法，通過(guò)java rewriter重寫(xiě)jar包，匹配類名和方法名注入替換類和替換方法。具體如圖2。

在被監(jiān)測(cè)的移動(dòng)應(yīng)用側(cè)，在Java虛擬機(jī)中部署Agent代理，應(yīng)用程序加載入JVM時(shí)，Agent使用Java字節(jié)碼操縱框架ASM修改加載入JVM的Class類，動(dòng)態(tài)插入采集應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)各種事件和測(cè)量值的代碼，新增代碼執(zhí)行獲取各項(xiàng)數(shù)據(jù)后發(fā)送至監(jiān)控平臺(tái)側(cè)。

通過(guò)遵循ASM方法[4]，建立字節(jié)碼轉(zhuǎn)換適配器Class Visitor Factory，在Class Visitor Factory中創(chuàng)建類適配器Class Adapter，并在類適配器Class Adapter中創(chuàng)建類方法轉(zhuǎn)換工廠Method Visitor Factory，類方法轉(zhuǎn)換工廠中創(chuàng)建Method Visitor對(duì)象，Method Visitor對(duì)象實(shí)現(xiàn)on Method Enter方法，on Method Enter方法調(diào)用Invocation? Dispatcher類的invoke函數(shù)。

其中，上述java rewriter重寫(xiě)jar包，具體如下：Invoke函數(shù)負(fù)責(zé)替換Android SDK和第三方類庫(kù)，使用Decorator模式按照順序替換應(yīng)用管理、Activity（頁(yè)面）、異步任務(wù)、剪貼板、USB、藍(lán)牙等安全保護(hù)相關(guān)的類，對(duì)應(yīng)的Class Visitor分別為Package Manager Class Visitor、Activity Class Visitor、Async Task Class Visitor、Clipboard Service Class Visitor、Device Manager Class Visitor、Location Manager Class Visitor，這些類使用ASM技術(shù)替換需要移動(dòng)應(yīng)用安全保護(hù)的類和方法，重寫(xiě)jar包中包含配置文件說(shuō)明原有方法和替換方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系和替換方式，Jvm加載原有類的方法時(shí)，根據(jù)方法名在配置文件進(jìn)行查找，如果發(fā)現(xiàn)有替換的方法，就替換原有方法的字節(jié)碼，替換的字節(jié)碼中包含原有代碼的執(zhí)行邏輯和新增的安全保護(hù)代碼。

通過(guò)面向切面的編程技術(shù)，可以有效的監(jiān)控移動(dòng)應(yīng)用，對(duì)移動(dòng)應(yīng)用中的內(nèi)存、數(shù)據(jù)庫(kù)、線程以及特定的函數(shù)的使用情況，可以進(jìn)行感知和分析，進(jìn)而進(jìn)行調(diào)用鏈分析。在移動(dòng)應(yīng)用出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，可以進(jìn)行相應(yīng)的代碼段定位，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用的精確的故障診斷，可以有效的改善移動(dòng)應(yīng)用的質(zhì)量，提升移動(dòng)應(yīng)用的安全性。

3.3 移動(dòng)應(yīng)用分層安全保護(hù)框架

為了保證政務(wù)、企業(yè)移動(dòng)辦公的移動(dòng)應(yīng)用安全、移動(dòng)運(yùn)行環(huán)境安全和移動(dòng)設(shè)備安全。可以從操作系統(tǒng)內(nèi)核層、虛擬機(jī)層和應(yīng)用層提供混合保護(hù)機(jī)制。在內(nèi)核層，進(jìn)行內(nèi)核函數(shù)的交互控制;在JVM層，監(jiān)控移動(dòng)應(yīng)用的故障和性能;在應(yīng)用層，基于MDM協(xié)議，對(duì)移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行設(shè)備和應(yīng)用的遠(yuǎn)程管理。移動(dòng)辦公安全的混合保護(hù)框架如圖3所示。

3.3.1 基于內(nèi)核層的保護(hù)

內(nèi)核層是移動(dòng)應(yīng)用最終通過(guò)與操作系統(tǒng)內(nèi)核的交互實(shí)現(xiàn)其功能，在內(nèi)核層，通過(guò)Hook技術(shù)，對(duì)重要的方法進(jìn)行重構(gòu)，從而可以構(gòu)建移動(dòng)辦公安全保護(hù)殼。通過(guò)Hook技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用與內(nèi)核層交互的調(diào)用方法保護(hù)，包括文件讀取、數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)控制等功能。

通過(guò)Hook技術(shù)，還能在內(nèi)核層對(duì)移動(dòng)設(shè)備的各種硬件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行管理，如錄音、攝像頭、Wifi、藍(lán)牙、USB等，從內(nèi)核層安全實(shí)時(shí)的響應(yīng)管理平臺(tái)下發(fā)的各種策略。

3.3.2 基于JVM的保護(hù)

在JVM層，通過(guò)字節(jié)碼增強(qiáng)方法，基于面向切面的編程技術(shù)，未移動(dòng)應(yīng)用加載探針，可以在虛擬機(jī)層面的函數(shù)方法上進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用的故障和性能，并進(jìn)行精確定位問(wèn)題代碼。

通過(guò)利用移動(dòng)應(yīng)用的監(jiān)控，對(duì)涉及的多級(jí)函數(shù)調(diào)用進(jìn)行調(diào)用鏈分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警移動(dòng)應(yīng)用存在的安全和性能問(wèn)題。

3.3.3 基于應(yīng)用層的保護(hù)

在應(yīng)用層，基于MDM移動(dòng)設(shè)備管理協(xié)議，可以對(duì)在使用層面對(duì)移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行控制，通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用的名單制管理，控制企業(yè)允許使用的各種應(yīng)用，未得到授權(quán)的移動(dòng)應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上將被禁止運(yùn)行，對(duì)非授權(quán)的移動(dòng)應(yīng)用，企業(yè)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程靜默刪除。

此外，在應(yīng)用層，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行鎖屏、恢復(fù)出廠設(shè)置、更改密碼和數(shù)據(jù)擦除等，在設(shè)備丟失等情況下，保護(hù)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)安全。

4? 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動(dòng)辦公已經(jīng)成為政務(wù)、企業(yè)開(kāi)展業(yè)務(wù)和服務(wù)的最主要的方式。隨身攜帶的設(shè)備、無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)、不同來(lái)源的應(yīng)用，使得政務(wù)、企業(yè)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)和核心數(shù)據(jù)也必然將面臨更多的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)對(duì)移動(dòng)辦公進(jìn)行分層混合保護(hù)管理，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)自有移動(dòng)應(yīng)用的監(jiān)控、對(duì)第三方移動(dòng)應(yīng)用安全的使用限制、對(duì)設(shè)備上的數(shù)據(jù)安全有效的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)辦公的全方位、多層次的保護(hù)，具有十分重要的價(jià)值和社會(huì)效益。

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