Linux系統(tǒng)軟件加殼保護(hù)技術(shù)的改進(jìn)設(shè)計 - 全文

加殼是對軟件內(nèi)核一種很有效的保護(hù)方式。目前Linux系統(tǒng)下的加殼方法，多是直接繼承Windows 程序的加殼理論和方法， 在傳統(tǒng)加殼工具上進(jìn)行了有限的擴(kuò)展， 單純在LINUX 系統(tǒng)下實現(xiàn)的加殼工具還是很少的。如何在Linux 系統(tǒng)下盡量減少內(nèi)核信息的暴露，增加有難度的反逆向手段來提升破解難度，對加殼保護(hù)程序進(jìn)行很好的隱藏，都是目前主要攻克的難題。

根據(jù)加載外殼程序方式的不同將現(xiàn)有軟件加殼技術(shù)分為：嵌入式、附加式和包含式。嵌入式中最經(jīng)典的是Upx，支持多種文件類型加殼，且壓縮算法先進(jìn)。但該方法缺少反動態(tài)跟蹤功能，破解者可用動態(tài)跟蹤調(diào)試方法對Upx 進(jìn)行破解[1]。文獻(xiàn)[2]中描述了附加式加殼（SELF 加殼）：在原elf 文件格式中添加處理安全操作的代碼段，但不內(nèi)置解壓縮，容易暴漏殼的位置。包含式結(jié)合了壓縮和保護(hù)兩種類型的殼，但殼加載的過程中會改變?nèi)肟诘刂?。結(jié)合上述三種加殼方法的優(yōu)缺點， 文章提出了在Linux 系統(tǒng)下一種改進(jìn)的加殼保護(hù)方法—加殼并重構(gòu)可執(zhí)行文件———SRELF[3]。改進(jìn)后的算法將殼程序和目標(biāo)可執(zhí)行文件中代碼段， 數(shù)據(jù)段等關(guān)鍵部分相結(jié)合，引入多態(tài)變形技術(shù)，使程序呈現(xiàn)出多態(tài)性，提高了殼程序的反破解能力，同時還很好的隱藏了加殼的信息。通過實驗證明， 改進(jìn)后的方法解決了加殼中入口地址易被改變的問題，使得加殼的程序以多態(tài)的形式出現(xiàn)，很大程度上提高了反破解的難度。

1 加殼原理

加殼實質(zhì)上就是把一段特殊程序附加到應(yīng)用程序中，并把程序的執(zhí)行入口指向附加的特殊殼程序。殼的加載過程如圖1 所示， 首先殼程序需要獲得應(yīng)用程序編程接口———即API 地址。在加殼程序的代碼中用顯示鏈接方式動態(tài)的加載所需的API 地址。通過殼程序后，對各個區(qū)塊的數(shù)據(jù)按照定義進(jìn)行解密；若加殼時用到了壓縮技術(shù)，那么在解密之前先要進(jìn)行解壓縮，然后將解壓文件映像到指定內(nèi)存地址中。修改原程序文件的輸入表后填充HOOK—API 表中的代碼地址，間接的獲得程序的控制權(quán)，進(jìn)行校驗和測試完后跳轉(zhuǎn)到原入口點（OEP）[3]。

現(xiàn)有的軟件加殼技術(shù)方法大多都改變了原有文件結(jié)構(gòu)，在重定位的過程中改變程序的入口地址，加載的過程中把部分程序映射到地址空間中，若破解者知道如何在一個加殼程序中尋址，那么當(dāng)文件被加載進(jìn)內(nèi)存時就可以找到加殼程序的信息。文章針對上述問題， 提出了一種改進(jìn)的加殼方法SRELF。

2 SRELF 加殼方法

2.1 SRELF 方法原理

SRELF———加殼并重構(gòu)可執(zhí)行文件，最大特點是重構(gòu)變形使得重構(gòu)的程序呈現(xiàn)多態(tài)性。首先將目標(biāo)elf 文件中的核心部分提取出來，然后與準(zhǔn)備好的解密或解壓縮程序，反靜態(tài)分析和反動態(tài)跟蹤程序結(jié)合在一起，讓加殼程序呈現(xiàn)出多態(tài)變形性，最后遍歷整合程序，按照elf 文件標(biāo)準(zhǔn)格式重新構(gòu)造一個全新的elf 可執(zhí)行文件。

2.2 SRELF 方法實現(xiàn)

如圖2 所示：SRELF 加殼方法實現(xiàn)的基本程序框圖。首先了解應(yīng)用程序二進(jìn)制接口文件（即擴(kuò)展名為elf 文件）結(jié)構(gòu)。圖3 所示為標(biāo)準(zhǔn)elf 文件的結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看到：一個ELF 頭在文件的開始，保存了路線圖描述了文件組織情況。隨后是一些段（segments）或者一些區(qū)段（sections）。段中包含文件運行所需的信息， 而保存著object 文件的信息，用于鏈接和重定位。

第一步：提取目標(biāo)文件中的核心部分

提取核心部分的可執(zhí)行指令、動態(tài)鏈接表、段或節(jié)等信息。由于匯編程序中存在間接跳轉(zhuǎn)使得反匯編生成控制流圖中斷，影響了提取核心代碼的準(zhǔn)確性，這里引入了一種間接跳轉(zhuǎn)程序方式[4]。

1）從殼運行到原始程序的OEP 進(jìn)行單步向下跟蹤，遇到拋出異常后，修改溢出標(biāo)志；

2）分析操作數(shù)的類型。若是直接尋址類型，進(jìn)入4）；否則進(jìn)入3）；

3）找到定義的語句或函數(shù)入口，設(shè)置CREAT_SUSPENDED計數(shù)器，若計數(shù)器加一，則將宿主進(jìn)程作為一個掛起的子進(jìn)程打開，調(diào)用GetThreadContext（）獲取子進(jìn)程初始化線程的上下文；

4）判斷后的程序進(jìn)行輸入鎖定，在語句序列上模擬執(zhí)定義位置與目標(biāo)間接跳轉(zhuǎn)運算，對獲取寄存器內(nèi)容進(jìn)行復(fù)制。使用間接跳轉(zhuǎn)語句獲取elf 頭文件中的信息后， 定位到GetElfCore 的頭表，然后定位到所需代碼段的核心位置，將其中的數(shù)據(jù)復(fù)制出來。

第二步：對提取的核心代碼加密并結(jié)合多態(tài)變形技術(shù)

采用進(jìn)程注入加密技術(shù)，逆向阻止脫殼軟件附加在受保護(hù)的進(jìn)程上。先讓CONTEXT.EBX 獲取子進(jìn)程的PEB 地址，讀出PEB 子進(jìn)程的映像地址后，將基礎(chǔ)地址參數(shù)指向檢索到的映像基址，最終完成對各種外部中斷的監(jiān)視工作。對加密后的核心代碼進(jìn)多態(tài)變形技術(shù)改進(jìn)，讓其改變自身代碼，從而使搜索字符串的識別技術(shù)失去效果。文章采用的代碼變換加密壓縮來隱藏自身，為了防止搜索字符串的方法檢測到，解密代碼引動代碼模塊，程序?qū)⑵洳迦肫浔旧?，調(diào)用代碼模塊中包含的函數(shù)，移動例程周圍的指令，隨機(jī)增加無用的指令，使用不同的寄存器和操作碼，使得解密例程對應(yīng)的二進(jìn)制代碼在不同的感染體內(nèi)完全不一樣[5]。多態(tài)變形引擎過程如圖4 所示。

第三步：將目標(biāo)文件的核心部分和加殼部分整合

整合目標(biāo)文件的核心部分和加殼部分需要進(jìn)行精確的計算，設(shè)置正確的elf 文件頭、程序頭表、節(jié)頭表等的數(shù)據(jù)。這樣新生成的elf 文件才能正常運行。在整合elf 等數(shù)據(jù)時采用遍歷整合的方法，對前面提取的的核心代碼塊逐一進(jìn)行分析。采用循環(huán)回繞整合加殼后的核心代碼。

1）先設(shè)立一個狀態(tài)表，記錄每個變量的狀態(tài)類型。記錄物理文件的大小和載入內(nèi)存所占內(nèi)存的大小。首先執(zhí)行函數(shù)的初始狀態(tài)， 將除去入口函數(shù)的所有函數(shù)都設(shè)置為untainted。若一個變量在多個正向前序代碼段的狀態(tài)表中出現(xiàn)，則重新計算其大小，并更新狀態(tài)表。

2）內(nèi)部執(zhí)行:按照順序逐一執(zhí)行其內(nèi)部的指令，更改變量的狀態(tài)表， 將目標(biāo)文件核心部分內(nèi)容續(xù)寫到加殼部分的后面，當(dāng)執(zhí)行到段中最后一步時形成輸出狀態(tài)表。同時檢驗程序變形狀態(tài)的安全性，傳遞接口函數(shù)參數(shù)[6]。

3）循環(huán)回繞整合部分:在核心代碼全部執(zhí)行完畢時，檢查其后繼代碼段中是否有包含變形的循環(huán)頭。如果存在，則該代碼塊是滿足條件的最外層的循環(huán)頭， 將程序頭表中屬性、大小的參數(shù)設(shè)置成新計算值，并檢查其輸入、輸出狀態(tài)表中是否有變量的類型狀態(tài)發(fā)生變化，如果存在，則重新開始回繞執(zhí)行，直到狀態(tài)表停止更新。

3 相關(guān)算法性能對比

表1 給出了新的加殼算法SRELF 與ASProtect 算法、tElock 算法、Armadillo 算法的比較，表2 給出相關(guān)符號定義。

1）安全性提升

由于SRELF 采用的是二進(jìn)制代碼進(jìn)行加密或壓縮，并且沒有對加殼功能程序大小進(jìn)行限制，所以在代碼中可以插入足夠的花指令[7]。再加上高復(fù)雜度的加密變形壓縮算法，保證了加殼程序的高安全性。此外變形重構(gòu)了elf 文件， elf 文件中的內(nèi)容全部改變，對表頭文件進(jìn)行靜態(tài)分析脫殼又增加了難度。而且在SRELF 中加入了充分的反動態(tài)跟蹤指令，防止被保護(hù)文件被動態(tài)跟蹤。通過上幾方面安全性分析，可以證明加殼后的elf 文件安全性得到了大幅度提高。

2）運算量降低

3）偽裝性增強(qiáng)

加殼后的elf 文件結(jié)構(gòu)并未改變， 而且SRELF 加殼方法不需要改變程序入口地址，很好的隱藏了殼程序。

4）擴(kuò)展性提升

由于SRELF 方法從理論上沒有對殼程序大小進(jìn)行限制，使其具備了很好的擴(kuò)展性。因此后期可以同步更新SRELF 中的加密方法，反靜態(tài)分析方法，反動態(tài)跟蹤方法，對其進(jìn)行完善和堅固。

綜上所述SRELF 克服了現(xiàn)有加殼方法中所暴露出來的問題， 解決了改變elf 文件結(jié)構(gòu)和改變程序入口地址的重大缺陷，讓加殼后的程序呈現(xiàn)出多態(tài)變形性，在反脫殼中增加了難度。因此，SRELF 方法是一個既具有很高的安全性同時具備良好的可行性的加殼方法。

4 結(jié)束語

文中研究了現(xiàn)有加殼軟件在反破解中存在的普遍難題———出現(xiàn)完全不符合所有已知模式的新型安全缺陷[8]，總結(jié)出現(xiàn)有加殼方式的不足，針對不足問題提出了一種改進(jìn)的加殼方法———重構(gòu)變形SRELF 加殼算法。軟件加殼對重點代碼進(jìn)行加密、變形、反靜態(tài)分析和反動態(tài)跟蹤相結(jié)合，同時具備較為精簡的運算量，提高加密部分的反破解能力。文中只考慮了加殼過程中引入程序變形性，使其不易被脫殼軟件脫掉，下一步工作將解決在加殼過程中程序壓縮的問題。此外，還會將改進(jìn)的方法進(jìn)一步應(yīng)用到Linux 系統(tǒng)軟件中。

 

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