[CB16] COFIブレイク：実用的な制御フローインテグリティとプロセッサのトレースによるエクスプロイト阻止 by Ron Shina & Shlomi Oberman
•Download as PPTX, PDF•
0 likes•1,235 views
攻撃者が脆弱性を悪用するために最も普及している手法のひとつに、ROP（Return Oriented Programming：リターン指向プログラミング）がある。攻撃処理の最中に何度もコードが通常よりもかなり異なる形で動作、例えば、呼び出し処理が関数の途中で行われたり、関数は呼び出し元に戻らないなどがおこる 。プロセッサの行った全ての命令のログが取れていれば、これらの制御フローにおける例外を検知できるだろう。 過去においては、プロセッサの実行内容をトレースすることは深刻なスピードダウンを招き、対脆弱性攻撃メソッドなどを実行困難な状態にしていた。しかし、最近のインテルのプロセッサ、BroadwellやSkylakeといったものは、今ではProcessor Traceという機能を通して、少ないオーバーヘッドで実行をトレースできる。似たような機能では、新しいARMプロセッサに存在するCoreSightというものがある。 この講演では、これらの新しいプロセッサの機能を使って、ファイルをスキャンして制御フロー妨害を検知する、我々の作った対脆弱性攻撃システムについて説明する。 --- ロン・シナ Ron Shina ロン・シナは、フリーのセキュリティ研究者である。 ロンは10年以上のバイナリーコードと格闘した経験をもつ。数学に多くの時間を割いてきたこともあり、セキュリティ研究やリバース・エンジニアリングの中からアルゴリズムを見つけることを楽しんでいる。彼は、イスラエル国防軍のTalpiotプログラムの卒業生である。暇があれば、ジャンプ・シュートに取り組んでいる。 --- シュローミ・オーバーマン Shlomi Oberman シュローミ・オーバーマンは、10年以上の研究経験を持つフリーのセキュリティ研究者である。シュローミは長年、多くの企業のための攻撃者の業務経験があり、意志の強い攻撃者を止めることがいかに難しいかを熟知している。過去数年、彼の興味は以前のようにセキュリティを単純に破ることから、ソフトウェア作成・リリース後のエクスプロイトをいかに防ぐかを手助けすることにシフトしている。シュローミはIDFインテリジェンス社のベテランであり、NSOグループや他の企業にセキュリティ研究をリードする立場にある。
Recommended
More Related Content
Viewers also liked
Viewers also liked (8)
Similar to [CB16] COFIブレイク：実用的な制御フローインテグリティとプロセッサのトレースによるエクスプロイト阻止 by Ron Shina & Shlomi Oberman
Similar to [CB16] COFIブレイク：実用的な制御フローインテグリティとプロセッサのトレースによるエクスプロイト阻止 by Ron Shina & Shlomi Oberman (20)
More from CODE BLUE
More from CODE BLUE (20)
[CB16] COFIブレイク：実用的な制御フローインテグリティとプロセッサのトレースによるエクスプロイト阻止 by Ron Shina & Shlomi Oberman
- 3. トレース − いつ、何が実行された のか？ コード最適化とプロファイリング ◦ サンプリング ◦ インストルメンテーション Intel Processor Trace(PT)
- 4. Intel PT Intelプロセッサの機能は、低オーバーヘッド – ドキュメ ントによれば、おおよそ5％ – での命令トレースが可能 ◦ 速度は従来オプションの数十倍 IntelのBroadwell、Skylakeプロセッサで使用可能 類似機能のリアルタイム命令トレースが、若干のIntel Atomプロセッサに存在
- 5. Intel PT
- 6. パケット プロセッサは、トレースをパケットとしてメモリに書き込む パケットタイプ ◦ 条件分岐用の分岐実行/不分岐（Taken / Not Taken）パケット ◦ 間接分岐用のIPパケット ◦ タイムスタンプ・パケット ◦ … 命令トレースを再作成するには、バイナリが必要
- 8. ユーザーと（または）カーネルのトレーシング プロセスによるフィルター アドレス範囲を基にトレースを開始または終了 （最近のプロセッサでのみ） 設定オプション
- 9. AtomプロセッサはRTITをサポート – ゲストのトレーシングは 可能だが、ハイパーバイザは対象外 Broadwell – 完全にサポート対象外 Skylake – フルサポートしている VMゲストとハイパーバイザのトレーシング
- 11. Linuxカーネル4.1は統合PTサポート付き Linuxカーネル4.3はperfユーザーツールを使ったトレーシングをサポート オープンソースのPT復号ライブラリ – libipt Gdb 7.10はPTを使ったトレーシングをサポート simple-pt – LinuxでPTの実装をするオープンソース （前スライドのトレース画像を作るために使用） * PTサポート対象のプロセッサは別途付属 (◠‿ｰ) 今すぐProcessor Traceを使いたい？ *
- 12. 脆弱性攻撃とNXビット pdf Hi! シェルコード pdfが開いている時、実行不可能なシェルコードが メモリ内に存在する – NXビット 攻撃者はこのコードをどのように実行し、攻撃者自 身のシェルコードを実行可能にしているか？ ◦ 既に実行可能なコードを使う (このプログラムのコード ) 脆弱性攻撃の技術には様々なものがある。最も注 目すべきは、ROP – リターン指向プログラミング
- 13. プログラムに既存する実行可能メモリを使 用すると、プロセスの周囲をかなり奇妙に 動き回ることになる 例: ◦ 関数の呼び出し元に戻らない ◦ 関数の始まりではなく、途中でアドレスを呼ぶ ◦ … “Jump Around, Jump around…” / ハウス・オブ・ペイン pdf Hi! シェルコード
- 14. プロセス内でどのようにコードが流れるかルールを定める ◦ 関数は呼び出し元に戻る ◦ 関数の始まりで呼び出しが行われる ◦ … ルールをどのように実行させるか？ ◦ プログラムのバイナリに、ルールのチェッキングを追加する ◦ 実行中のプログラムをトレースし、ログを調べる（この作業） ◦ 他のCPU機能を使って、"オドロキの"分岐を検知する “Control Flow Integrity Principles, Implementations, and Applications”, Abadi, Budiu, Erlingsson, Ligatti, 2005 制御フローの整合性（CFI）
- 15. “Security Breaches as PMU Deviation”, Yuan, Xing, Chen, Zang 2011 “kBouncer: Efficient and Transparent ROP Mitigation” – Pappas著。Microsoft BlueHatコンテスト 2012の優勝者で、従来のCPU分岐トレーシング機能を使う “CFIMon: Detecting Violation of Control Flow Integrity using Performance Counters” – Xia, Liu, Chen, Zang 2012 “Taming ROP on Sandy Bridge”, Wicherski of Crowdstrike, 2013 “Transparent ROP Detection using CPU Performance Counters”, Li, Crouse, THREADS 2014 他にも沢山ある… 先行研究
- 16. CFIを基にファイルをスキャンする対脆弱性システム（例えば Adobe Readerのpdfと考える） ROP内などで、“不正な”リターンが行われたどうかを検知する ◦ 呼び出し先をチェックする（呼び出し処理が関数の途中に対して行わ れない、など…）といった、他のCFI回避機能を追加するのが簡単 （もうすぐに）オープンソース 2015年に開発 わたし達の実装
- 17. Processor Traceを通してCFIを検証 フローはOKか？ 矢印に従って追跡し、PTによっ て生成されたパケットを使って 呼び出すだけ
- 18. 実行を追跡・検証するには、どのような情報が 必要か？ 制御フローグラフ（CFG） ◦ 関数の位置 ◦ 基本ブロックの位置 ◦ … プロセスが読み込んだ全ライブラリがこれを必要 とする – Adobe Reader dll, Windows dll ◦ 必要としない場合 – 誤検出 必要なものは、Windowsバイナリ用のデバッグシ ンボルとpdbファイルだけ
- 19. CFGを取得するためにIDAを使用した IDAは、あまり良く動かなかった ◦ Adobe Reader／Windowsバイナリの機能や基本ブロックの 一部が検知されなかった 静的分析
- 20. 最新版のAdobe Readerをサポートしていれば、IDAは初期のCFG （静的分析）を取得するために使われる 以降は、多くのpdfファイルがPTでトレースされている ◦ トレースを追跡中に新しい基本ブロックまたは関数が発見された時 – CFGが 更新される 繰り返し ◦ 新しいCFG上でIDAを実行する ◦ IDAの出力先でpdfファイルを実行する ◦ 最後の繰り返しでCFGが更新された場合 繰り返す 動的分析
- 21. CFGの最先端は: ◦ 現時点のIPに関連する呼び出し（パケット なし） ◦ 条件分岐 トレース検証中にCFGを通過する時、 上記のケースで行われる次のノード のフェッチ処理は（かなり）高速でなけ ればならない CFGは固定であり、前処理でビルドさ れることもあり、問題にはならない 最適化
- 22. 理想としては、検証中に逆アセンブリやCFG改修は行わない 方がよい（遅い） しかし、分析されたコードの一部は動的に作られる – それが 変動するものではい限り、これは前処理にて行われるはず 変動した都度"Adobe Reader"が起動してファイルを開いてし まう場合、前処理では不十分 ◦ コードが逆アセンブリされて、CFGが更新されてしまう 最適化
- 23. 実行トレースの追跡は、スレッドベースごとに行わ れる 各トレースにてどのスレッドが実行されているか、ど のように把握する？ ◦ PTパケットがタイミング情報をくれるが、現時点で のプロセスを出力するのみ スレッド情報
- 24. Event Tracing for Windows (ETW) ◦ TSCとしてETWから提供されるCSwitchイベントから、 スレッ ドコンテキストの切り替え時間を取得するのは可能 ◦ 次に、これらのタイムスタンプは、様々なトレースの中でど のスレッドが実行されているかを決めるため、PTからのTSC パケットと一致している可能性がある スレッド情報
- 25. トレース済みプロセス内のスレッドが切り替わる都度コール バックを取得する、というのはどうだろうか？ ◦ わたし達の知る限りでは、直接的な方法は無い ◦ わたし達は、Windowsコンテキストの切り替え機能をフックした – これ をやってはいけない ◦ 最終段階で、非同期プロシージャの呼び出しを通して、目的に到達す る方法が見つかった（Blackhat 2016） スレッド情報
- 26. トレース内の実行可能なメモリの範囲を徹底的に知る必要 がある – 何のモジュールがロードされたか PTトレースがいつ ntdll!LdrLoadDll や ntdll!LdrUnloadDll に 到達したか、を知るだけでは不十分 ◦ モジュール名は、現時点のメモリマップを更新する際に必要 ETWは、モジュールのロード／アンロード名称や時間（tsc） を取得するために使われ、その時間はトレース内の関数の ロード／アンロードの時間と一致する モジュールのロード／アンロード
- 27. 例： ◦ 例外捕捉コード ◦ ユーザーモジュールコールバック ◦ … トレースを調べている際に怪しいミスマッチが発生した場合、バ イナリ署名を通して上記の特殊ケースがチェックされる これは主にアプリケーションごとではなく、OSごとに行われなけ ればならない まだ終わりではない – 関数は常に呼び出し元 に戻るというわけではない
- 28. （ほぼ全体的に）わたし達の実装は取り扱わない PTトレーシングの場合、コードが実行中である必要がある ひとつ明確な問題がページにあり、それはページへの書き込 み／ページからの実行が同時に行われるというもの （多分）コードの新バージョンを取得するために、人がページが 書き込みや実行可能になる都度書き込み許可を取り払ったり、 書き込まれた時にアクセス違反に対処することは可能ではな いか 動的に生成されたコード
- 29. 取り扱われた動的に生成されたコードのケース： 自らをフックするアプリケーション… 同じ位置、同じタイミング で、全く同じフック トレース検証者にとって、コードは原則的に静的 動的に生成されたコード
- 30. 無害な、悪意のないファイル ◦ 10000個のpdf、3000個のppt/x、3000個のdoc/xで 実行し、誤検知なし ROPチェーンを含む、悪意のあるファイル ◦ その類のファイルを5個で実行したところ、脆弱性を 検知、CFI侵害を表示 スキャン結果
- 31. それでもなお必要と思われるもの ◦ モジュールのロード／アンロード情報 ◦ スレッドコンテキストの切り替え時間 しかし、なくても多少はできる場合があるもの ◦ CFG – 一部のCFGはトレースからビルド可能（前もって ビルドしておく必要はない） CFIと脆弱性対策を忘れよう… ただ、Processor Traceを使って素早くプロセス をトレースしたいだけだったらどうなる？
- 32. Intelが2016年6月に公表したControl-flow Enforcement Technology。発売日は？ プロセッサは直接サポートするようになる: ◦ シャドー（コール）スタックのトラッキング – 整合性の 取れない戻り → コントロール保護例外 ◦ 間接的分岐のトラッキング – ENDBRANCHとは異なる 命令を含むターゲットへの間接的分岐 → コントロー ル保護違反 巷のマザーボードに近日中にやってくるもの
- 33. ARMには、Processor Traceに似た機能のCoreSightが ある Linux上でのトレーシングは、perfに統合されている オープンソースの復号ライブラリがある – OpenCSD http://www.linaro.org/blog/core-dump/coresight-perf- and-the-opencsd-library/ ARM上で素早くトレースするのはどうだろうか？
- 34. “Control Jujutsu” – Evans, Long, Otogonbaatar, Shrobe, Rinard, Okhravi, Stelios, CCS 2015 任意コードの実行に至るため、（脆弱性を通して）制御可能な ターゲットと引数でサイトの間接的呼び出しを使う（例：実行 ファイルやシステムを呼び出す） ターゲットの関数がCFGにおいて適切であるが故に、CFIを回 避する CFIを回避する
- 35. “Write Once, Pwn Anywhere”, Yu, Black Hat USA 2014 ◦ アプリケーションは時々、セキュリティ・クリティカル情報を ひとつの変数に持っていることがある ◦ インターネット・エクスプローラのJavaScriptエンジンからの 擬似コード : if (safemode & 0xB == 0) { turn_on_god_mode(); } "データ攻撃"でCFIを回避する
- 36. “Control Flow Bending”, Carlini, Barresi, Payer, Wagner, Gross, USENIX 2015 ◦ printf指向プログラミング – 引数を制御すれば、 printfは任意の計算をすることが可能 "データ攻撃"でCFIを回避する
- 37. “Data oriented programming” – Hu, Shinde, Sendroiu, Zheng, Prateek , Zhenkai, S&P 2016 目標：CFGを着実に実行している最中に、任意の計算を 実行する 心持ちROPに似ている – オリジナルプログラムの一部を、 攻撃者が制御している"VM"命令として使う "データ・ガジェット"は、データの計算を行う際に使われる "データ攻撃"でCFIを回避する
- 39. 質問ありますか？
Editor's Notes
- Optimization? What has it run on? To be released during 2016