Формальные методы защиты приложений

Заголовок
ptsecurity.com
Формальные
методы защиты
приложений

ЗаголовокКраткое содержание

Заголовок
def analyze(code, data):
if not vulnerable(code, data):
# given configuration is secure
else:
# given configuration is vulnerable
АНАЛИЗАТОР КОДА (ПРИМЕР 1/6)

Заголовок
vulnerable_function_call()
else:

Заголовок
analyzer_code =
"""
else:
"""

Заголовок
analyzer_code =
"""
else:
"""
eval(analyzer_code)

Заголовок
analyzer_code =
"""
else:
"""
eval(analyzer_code)
analyze(analyzer_code, analyzer_code)

Заголовок
analyzer_code =
"""
else:
"""
eval(analyzer_code)
analyze(analyzer_code, analyzer_code)
¯_(ツ)_/¯

Заголовок
n = … # n
while n:
sleep(n)
n -= 1
else:
И сколько таких «частных» случаев теперь возможно?
ЧАСТНЫЙ СЛУЧАЙ?

Заголовок
Не существует универсального анализатора защищённости
ТЕОРЕМА РАЙСА (ПРИМЕНИТЕЛЬНО К APPSEC)

Заголовок
Проблема анализа защищённости решаема для программ:
• эквивалентных конечным автоматам (за PTIME)
• сводимых к конечным автоматам за счёт накладывания
ограничений на размеры доступной памяти, размерность
переменных, количество итераций циклов и т.п. (за EXPTIME)
Все существующие анализаторы используют подходы,
основанные на аппроксимации модели исследуемого кода.
Любой статанализатор легко «обламывается» не более, чем 3
строчками кода
СТАТАНАЛИЗАТОРЫ – ИНДУСТРИЯ ОБМАНА?

Заголовок
Интерпретация кода в рамках семантической модели,
отличающейся от модели формального языка. Основной
инструмент аппроксимации кода.
Абстрактная интерпретация

Заголовок
Построим свою собственную арифметику со знаком и
формулами:
(+a) = (+)
(-a) = (-)
(-a) * (+b) = (-)
(-a) / (+b) = (-)
(-a) + (+b) =
a ≤ b ⇒ (+),
a > b ⇒ (-)
И применим её:
-42 / 8 * 100500 + x =
x ≥ -527625 ⇒ (+),
x < -527625 ⇒ (-)
Абстрактная интерпретация на пальцах

Заголовок
Применяется для доказательства факта зависимости потоков
данных различных типов.
Частный случай – доказательство зависимости выходных данных
от входных aka taint-анализ.
Анализ зависимостей кода

ЗаголовокTaint-анализ (1/9)
var name = Request.Params["name"];
var key1 = Request.Params["key1"];
var parm = Request.Params["parm"];
var data = string.IsNullOrEmpty(parm) ? new char[0]: Convert.FromBase64String(parm);
string str1;
if (name + "in" == "admin")
{
if (key1 == "validkey")
{
str1 = Encoding.UTF8.GetString(data);
}
else
{
str1 = "Wrong key!";
}
Response.Write(str1);
}

string str1;
{
{
}
else
{
}
}

Заголовок
• Невозможно автоматизировать верификацию результатов.
• Не учитываются условия достижимости опасной операции.
• Семантика трансформирующих операций определяется
исключительно базой знаний.
• Подход применим только к классам уязвимостей к атакам,
основанным на передаче в опасную операцию конкретных
значений аргументов.
Недостатки taint-анализа

Заголовок
• Символическое выполнение – абстрактная интерпретация кода
в рамках семантической модели потоков вычисления.
Roberto Baldoni, Emilio Coppa, Daniele Cono D'Elia, Camil
Demetrescu, Irene Finocchi, «A Survey of Symbolic Execution
Techniques»
(https://arxiv.org/abs/1610.00502)
• Конкретное выполнение – выполнение отдельных фрагментов
кода в заданном контексте.
Символическое и конкретное выполнение

Заголовок
2x^2 + 4 = 12
2x^2 = 12 - 4
2x^2 = 12 - 4
x^2 = (12 - 4) / 2
x = sqrt((12 - 4) / 2)
x = sqrt((8) / 2)
x = sqrt(4)
x = 2
Символическое и конкретное выполнение (пример)

Заголовок
Множество, генерирующая/распознающая функция которого
определяется истинностью заданных предикатов
Например:
{x ≥ -527625 (+), x < -527625 (-)}
Опциональное множество

Заголовок
Сущность абстрактной интерпретации, включающая:
• область видимости переменных (условные множества их
достижимых значений);
• условие достижимости;
• ссылку на вышележащий контекст;
• стратегию взаимодействия с областями видимости
вышележащих контекстов.
Контексты символического выполнения

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
Контексты (1/8)
{}

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
true ⇒ {
true ⇒ z,
}

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
true ⇒ {
true ⇒ z,
true ⇒ a = 10
}

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
z > 5 ⇒ {
true ⇒ z,
z > 5 ⇒ a = z - 5
}

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
z ≤ 5 ⇒ {
true ⇒ z,
z ≤ 5 ⇒ a = z + 5
}

Заголовок
int main(int z) {
int a = 10;
if (z > 5)
{
a = z - 5;
}
else
{
a = z + 5;
}
return a;
}
true ⇒ {
true ⇒ z,
z > 5 ⇒ a = z - 5
z ≤ 5 ⇒ a = z + 5
}

Заголовок
• Глобальные
• Глобальный
• Типовой
• Экземплярный
• Локальные
• Функциональный
• Операторный
• Условный
• Циклический
Типы контекстов

Заголовок
Кондиционал – опциональное множество всех возможных
значений переменной
Кондиционализация – замена неизвестных переменных в
формуле их кондиционалами:
true { return a
true z,
z > 5 a = z - 5
z ≤ 5 a = z + 5
}
return true { true z, z > 5 z – 5, z ≤ 5 z + 5 }
Кондиционализация

Заголовок
Разложение формулы, содержащей кондиционалы, на N формул,
не содержащих кондиционалы с аггрегированием условий для
каждой из них:
return true { true z, z > 5 z – 5, z ≤ 5 z + 5 }
return z > 5 { z – 5 }
return z ≤ 5 { z + 5 }
Опционализация

Заголовок
Marek Trtík, PHD Thesis: «Symbolic Execution and Program
Loops»
(https://is.muni.cz/th/329313/fi_d/trtik_phdThesis.pdf)
Циклы / рекурсия?

Заголовок
Учебный проект с реализацией абстрактного интерпретатора
подможества языка C (http://jamesvanboxtel.com/projects/minic-
compiler/minic.pdf)
https://github.com/PositiveTechnologies/mantaray
Mantaray

Заголовок
• Single-pass режим интерпретации.
• Межпроцедурный анализ с поддержкой глобального состояния.
• Упрощение формул достижимости SMT-солвером.
• Технический долг:
• циклы;
• указатели;
• детектирование NPD и инъекций;
Mantaray: особенности

Заголовок
ptsecurity.com
Спасибо!
Спасибо!

Формальные методы защиты приложений

More Related Content

What's hot (17)

Similar to Формальные методы защиты приложений (20)

More from Positive Hack Days (20)

Формальные методы защиты приложений