一种轻量级的Android内核保护监控器

为阻止针对Android系统内核的攻击,保护Android系统内核不被破坏,设计一种基于ARM平台轻量级的hypervisor监控器架构。该架构利用ARM硬件虚拟化扩展技术,对不信任模块进行隔离,阻止模块中恶意代码对内核的破坏,保护关键对象不被篡改,并基于hypervisor、利用交叉视图检测rootkit。实验结果表明,该架构能及时阻止对被监控对象的修改,快速检测出rootkit威胁,减少系统被攻击后带来的损失。     

基于内存取证的内核完整性度量方法

内核级攻击对操作系统的完整性和安全性造成严重威胁.当前,内核完整性度量方法在度量对象选取上存在片面性,且大部分方法采用周期性度量,无法避免TOC-TOU攻击.此外,基于硬件的内核完整性度量方法因添加额外的硬件使得系统成本较高;基于Hypervisor的内核完整性度量方法,应用复杂的VMM带来的系统性能损失较大.针对现有方法存在的不足,提出了基于内存取证的内核完整性度量方法KIMBMF.该方法采用内存取证分析技术提取静态和动态度量对象,提出时间随机化算法弱化TOC-TOU攻击,并采用Hash运算和加密运算相结合的算法提高度量过程的安全性.在此基础上,设计实现了基于内存取证的内核完整性度量原型系统,并通过实验评测了KIMBMF的有效性和性能.实验结果表明：KIMBMF能够有效度量内核的完整性,及时发现对内核完整性的攻击和破坏,且度量的性能开销小.     

基于硬件虚拟化的虚拟机进程代码分页式度量方法

云环境下恶意软件可利用多种手段篡改虚拟机（VM）中关键业务代码,威胁其运行的稳定性。传统的基于主机的度量系统易被绕过或攻击而失效,针对在虚拟机监视器（VMM）层难以获取虚拟机中运行进程完整代码段并对其进行完整性验证的问题,提出基于硬件虚拟化的虚拟机进程代码分页式度量方法。该方法以基于内核的虚拟机（KVM）作为虚拟机监视器,在VMM层捕获虚拟机进程的系统调用作为度量流程的触发点,基于相对地址偏移解决了不同版本虚拟机之间的语义差异,实现了分页式度量方法在VMM层透明地验证虚拟机中运行进程代码段的完整性。实现的原型系统——虚拟机分页式度量系统（VMPMS）能有效度量虚拟机中进程,性能损耗在可接受范围内。     

基于可信计算的动态完整性度量模型

静态完整性度量不能保护系统在运行过程中的完整性。为此,提出一种基于可信计算的动态完整性度量模型。在现有的完整性度量架构中引入虚拟化技术,有助于系统管理员掌握系统在运行过程中的完整性。在软件加载后,对运行中的进程行为进行监控,动态度量其完整性。分析结果表明,该模型能防止运行过程中恶意攻击破坏系统的完整性,从而提高系统安全性。     

一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法

Linux下的Rootkit通常使用修改系统内核关键位置数据的手段破坏系统内核完整性。可信计算是保护系统内核完整性的重要方法,可以使用它对Rootkit攻击进行监测。相较传统的被动可信计算体系,主动可信计算体系因其对上层应用透明、安全机制与计算功能充分隔离、可信根完全受硬件保护等特点,可以更有效地进行系统内核完整性保护。但目前的主动可信监测度量方法存在监测结果粒度较粗的问题,不能为防御者进行攻击对抗提供更详细的信息。针对这一问题,本文提出了一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法,安全域通过解析计算域内存语义信息,实现符号级别的细粒度可信度量,得到可用来对攻击进行分析的监测结果。实验表明,该方法可以在计算域受到Rootkit攻击时检测到全部被篡改的.text和.rodata段的符号,使用该方法得到的细粒度监测结果可以用来分析Rootkit的攻击手段和攻击目的,同时该方法对计算域的性能几乎没有影响。     

一个基于硬件虚拟化的内核完整性监控方法

对操作系统内核的攻击就是通过篡改关键数据和改变控制流来危及操作系统的安全。已有的一些方法通过保护代码完整性或控制流完整性来抵御这些攻击,但是这往往只关注于某一个方面而没有给出一个完整的监控方法。通过对内核完整性概念的分析,得出了在实际系统中保证内核完整性需要的条件:保障数据完整性,影响系统功能的关键数据对象只能由指定的代码在特定情况下修改;保障控制流完整性,保护和监控影响代码执行序列改变的所有因素。并采用硬件虚拟化的Xen虚拟机监控器实现对Linux内核的保护和监控。实验结果证明,该方法能够阻止外来攻击和本身漏洞对内核的破坏。     

Android内核钩子的混合检测技术

针对Android平台上内核级钩子检测的研究,提出了一种结合基于特征模式的静态检测技术和基于行为分析的动态检测技术的Android内核钩子检测技术,这两种技术的结合能够检测基于修改系统调用表项的攻击和基于内联钩子的攻击。为所提技术构建了软件原型系统并进行了实验评测,实验结果表明,提出的技术能够针对Android内核钩作出精确检测,并且运行时间开销在7%以内,具有良好运行效率,能够适用于Android内核钩子的混合。     

一种基于Xen虚拟机的内核完整性监控方法

为了防止内核级Rootkit对内核完整性造成破坏,描述基于Xen的隔离保护方法,Xen是一种微内核结构的虚拟机,直接运行在硬件之上,操作系统内核在Xen的域里运行,而域又可分为权限域Dom0和非权限域DomU,域问相互隔离,利用这个特性,强制将动态加载模块隔离在DomU里运行,并通过Xen的事件通道和授权表两个域间通信机制模拟出模块与内核之间函数调用。将监视模块加入中间层就可以达到监控所有模块对内核的操作。     

操作系统内核的动态可信度量模型

动态可信度量是可信计算的研究热点和难点,针对由操作系统内核动态性所引起的可信度量困难问题,提出一种操作系统内核的动态可信度量模型,使用动态度量变量描述和构建系统动态数据对象及其关系,对内核内存进行实时数据采集,采用语义约束描述内核动态数据的动态完整性,通过语义约束检查验证内核动态数据是否维持其动态完整性。给出了模型的动态度量性质分析与证明,模型能够有效地对操作系统内核的动态数据进行可信度量,识别对内核动态数据的非法篡改。     

基于硬件虚拟化的安全高效内核监控模型

传统的基于虚拟化内核监控模型存在两个方面的不足:(1) 虚拟机监控器(virtual machine monitor,简称VMM)过于复杂,且存在大量攻击面(attack surface),容易受到攻击;(2) VMM执行过多虚拟化功能,产生严重的性能损耗.为此,提出了一种基于硬件虚拟化的安全、高效的内核监控模型HyperNE.HyperNE舍弃VMM中与隔离保护无关的虚拟化功能,允许被监控系统直接执行特权操作,而无需与VMM交互;同时,HyperNE利用硬件虚拟化中的新机制,在保证安全监控软件与被监控系统隔离的前提下,两者之间的控制流切换也无需VMM干预.这样,HyperNE一方面消除了VMM的攻击面,有效地削减了监控模型TCB(trusted computing base);另一方面也避免了虚拟化开销,显著提高了系统运行效率和监控性能.     

Android框架层完整性度量方案

长期以来Android系统一直是黑客攻击的主要目标之一,自发布以来一直面临着root、镜像篡改、恶意程序等安全风险,框架层是在系统安全中容易被忽视但又能产生极高的安全风险.本文分析了Android系统中框架层的表现形式和框架层的使用方式,针对框架层特点提出了一种框架层完整性度量方法（FIMM）,以此保障Android系统框架层代码完整性和运行时的完整性.对于Android系统针对框架层组件完整性保护的缺失,该方法能提供框架层组件在加载时的完整性度量和完整性校验.而对于Android的系统服务,我们考虑到其较长的运行周期的特征,于是研究了系统服务的调用过程并为其提供了较为细粒度的动态度量,在每次系统服务调用时确认系统服务进程代码段的完整性.最后我们给出了基于Android模拟器的原型系统的实现,并分析了FIMM的安全性和性能损耗,认为FIMM能完全达到我们的安全预期,并且只会造成少量的性能损耗.     

一种基于完整性保护的终端计算机安全防护方法

终端计算机是网络空间活动的基本单元,其安全性直接关系着网络环境和信息系统的安全.提出了一种基于完整性保护的终端计算机安全防护方法,它将完整性度量和实时监控技术相结合,保证终端计算机运行过程的安全可信.建立了以TPM为硬件可信基、虚拟监控器为核心的防护框架,采用完整性度量方法建立从硬件平台到操作系统的基础可信链;在系统运行过程中监控内核代码、数据结构、关键寄存器和系统状态数据等完整性相关对象,发现并阻止恶意篡改行为,以保证系统的完整、安全和可靠.利用Intel VT硬件辅助虚拟化技术,采用半穿透结构设计实现了轻量级虚拟监控器,构建了原型系统.测试表明,该方法能够对终端计算机实施有效的保护,且对其性能的影响较小.     

面向Android应用程序的代码保护方法研究

近年来,Android操作系统快速发展,逐渐成为移动设备最常用的操作系统之一.与此同时,Android系统的安全问题也日益明显.由于Android系统自身的安全体系不够健全以及Android应用代码保护方法缺失,大量Android应用面临逆向工程、盗版、恶意代码植入等威胁.文章针对Android应用所面临的这些安全问题进行分析,并指出问题存在的原因.在此基础上,设计了一个完整的Android应用程序代码保护方法,该方法由PC端处理模块、Android端处理模块以及Android代码开发规范构成.为使该方法更具可操作性,文章还给出了一些关键技术的实现,包括基于AES算法的加密保护、伪加密、加壳、代码混淆以及特殊编码规则等.文章提出的面向Android应用程序的代码保护方法借鉴了传统的保护方法,结合Android系统的自身特性,采用文件加密、代码混淆、反动态调试、完整性校验以及加壳等技术,从对抗静态攻击和对抗动态调试两个方面提高了应用抗攻击的能力.因此,该方法不仅具有一定的理论意义,还具有一定的实际应用价值.     

基于权限的Android应用风险评估方法

针对Android权限机制存在的问题以及传统的应用风险等级评估方法的不足，提出了一种基于权限的Android应用风险评估方法。首先，通过对应用程序进行逆向工程分析，提取出应用程序声明的系统权限、静态分析的权限以及自定义的权限，和通过动态检测获取应用程序执行使用到的权限；然后，从具有恶意倾向的组合权限、"溢权"问题和自定义权限三个方面对应用程序进行量性风险评估；最后，采用层次分析法（AHP）计算上述三个方面的权重，评估应用的风险值。对6245个软件样本进行训练，构建自定义权限数据集和具有恶意倾向的权限组合数据集。实验结果表明，与Androguard相比，所提方法能更精确地评估应用软件的风险值。     

Android移动智能终端操作系统安全机制的安全性评估

Android是基于Linux内核的移动智能终端操作系统,由于其开源的特性,使Android相对更容易感染病毒,受到恶意程序的威胁以及隐私信息的泄露。于是Android操作系统的安全性就变得更加重要。论文在深入分析Android移动智能终端安全机制的基础上,结合Android移动智能终端面临的主要安全威胁,提出了Android移动智能终端操作系统的安全评估方法,并设计了一个Android操作系统安全评估工具,检测Android操作系统安全机制是否完整的实现了安全策略。实验结果表明,该工具能有效评估Android操作系统的安全性。     

借助Hypervisor强化TrustZone对非安全世界的监控能力

ARM TrustZone技术已经在Android手机平台上得到了广泛的应用,它把Android手机的硬件资源划分为两个世界,非安全世界（Non-Secure World）和安全世界（Secure World）.用户所使用的Android操作系统运行在非安全世界,而基于TrustZone对非安全世界监控的系统（例如,KNOX,Hypervision）运行在安全世界.这些监控系统拥有高权限,可以动态地检查Android系统的内核完整性,也可以代替Android内核来管理非安全世界的内存.但是由于TrustZone和被监控的Android系统分处于不同的世界, world gap（世界鸿沟）的存在导致处于安全世界的监控系统不能完全地监控非安全世界的资源（例如,Cache）.TrustZone薄弱的拦截能力和内存访问控制能力也弱化了它对非安全世界的监控能力.首次提出一种可扩展框架系统HTrustZone,能结合Hypervisor来协助TrustZone抵御利用world gap的攻击,增强其拦截能力和内存访问控制能力,从而为非安全世界的操作系统提供更高的安全性保障.并在Raspberry Pi2开发板上实现了HTrustZone的原型系统,实验结果表明：HTrustZone的性能开销仅增加了3%左右.