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버퍼오버플로우 공격 방지를 위한 리턴주소 스택
Return address stack for protecting from buffer overflow attack 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.10, 2012년, pp.4794 - 4800  

조병태 (충남대학교 컴퓨터공학과) ,  김형신 (충남대학교 컴퓨터공학과)

초록
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버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법을 예방하기 위해서 그 동안 많은 연구가 진행되었으며, 여러 가지 탐지기술과 보안패치 등의 노력이 진행되었음에도 불구하고, 여전히 시스템 보안에 있어 가장 중요한 이슈로 지목되고 있는 이유는 아직까지도 프로그램 개발 시 버퍼오버플로우에 취약한 함수와 라이브러리를 이용하여 프로그램을 개발하고 있다는 점과 실제 버퍼오버플로우 취약점이 노출되어 시스템이 공격받은 후에 패치가 이루어진다는 점이다. 본 연구에서는 버퍼오버플로우 예방을 위한 하드웨어적인 보호기법으로 캐시레벨 기반의 리턴주소 스택을 이용한 버퍼오버플로우 보호기법에 대한 연구를 진행하였다. 제안한 스택구조의 성능평가는 SimpleScalar 시뮬레이터를 이용하여 진행하였으며, 본 연구에서 제안한 보호기법은 기존 버퍼오버플로우 취약점을 완벽히 보호할 수 있으며, 일부의 프로그램을 제외한 대부분의 프로그램에서 성능상의 차이가 발견되지 않은 시스템을 개발하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Many researches have been performed to resist buffer overflow attacks. However, the attack still poses one of the most important issue in system security field. It is because programmers are using library functions containing security hole and once buffer overflow vulnerability has been found, the s...

주제어

#Buffer overflow   #Rreturn address stack   #Cache level stack   #Stack security  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 하드웨어 기반의 보호기법인 리턴주소 스택을 제안하였다. 이 방법은 프로세서와 캐시 메모리 사이에서 함수의 호출과 복귀시 스택 메모리에 저장된 함수의 반환주소의 무결성을 확인하여 버퍼오버플로우 취약점을 예방하는 시스템이다.
  • 본 연구는 기존 연구에 비해 낮은 하드웨어 복잡도를 가지면서 버퍼오버플로우를 예방하는 하드웨어 보호 기법을 개발하였으며, [표 1]은 기존 연구와 본 연구에서 제안하는 연구결과를 비교한 것이다. 우리가 개발한 리턴 주소 스택은 기존의 리턴주소 스택 하드웨어의 문제점으로 지적된 setjmp/longjump 와 같은 비정상적인 함수 호출과 리턴주소 스택의 오버플로우, 그리고 프로세서의 추측실행을 모두 지원하며, 컴파일러나 라이브러리의 수정이 필요하지 않다.
  • 본 연구에서는 버퍼오버플로우 예방을 위한 하드웨어 적인 보호기법으로 캐시레벨 기반의 리턴주소 스택을 이용한 버퍼오버플로우 보호기법에 대한 연구를 진행하였다. 제안한 버퍼오버플로우 보호기법은 SimpleScalar[7]를 이용하여 성능을 검증하였다.
  • 본 장에서는 버퍼오버플로우 취약점을 예방하기 위해 제안한 캐시레벨 기반의 하드웨어 보호기법인 리턴주소 스택에 대해 기술하였다. 본 연구에서 제안하는 리턴주소 스택은 버퍼오버플로우 취약점을 통한 리턴주소의 변조를 예방하기 위해 프로세서와 L1 캐시 사이에서 동작하는 하드웨어 유닛으로써, 함수의 호출과 복귀시 L1 데이터 캐시로 요청하는 리턴주소의 무결성을 검사하여 오버플로우의 발생을 감지한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
소프트웨어의 취약점 공격법 중 가장 널리 이용되는 것은? 시스템의 발전과 더불어 소프트웨어의 복잡도와 크기가 증가함에 따라, 소프트웨어에 포함된 잠재적 위협요인인 소프트웨어의 취약점도 점차 증가하고 있다. 이러한 소프트웨어의 취약점 중 가장 널리 이용되는 기법은 버퍼오버플로우 취약점을 이용한 시스템 공격기법이다[1,2]. 버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법은 공격자의 악의적인 코드를 메모리에 삽입하여, 정상적인 프로그램의 흐름이 아닌 공격자의 코드로 실행되도록 프로그램의 흐름을 변경하는 행위이다.
버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법을 막기 위한 연구가 많이 진행되었으나 여전히 시스템 보안에 있어 중요하게 다루어지는 이유는? 버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법을 예방하기 위해서 그 동안 많은 연구가 진행되었으나, 여전히 시스템 보안에 있어 가장 중요한 이슈로 지목되고 있다. 그 이유는 아직까지도 프로그램 개발 시 버퍼오버플로우에 취약한 함수와 라이브러리를 이용하여 프로그램을 개발하고 있다는 점과 이런 버퍼오버플로우 취약점을 잠재적으로 내포한 소프트웨어들이 사용자들에게 배포되고 있으며, 실제 버퍼오버플로우 취약점이 발견되어 이미 시스템이 공격받은 후에 패치가 이루어진다는 점 때문이다.
버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법은 무엇인가? 이러한 소프트웨어의 취약점 중 가장 널리 이용되는 기법은 버퍼오버플로우 취약점을 이용한 시스템 공격기법이다[1,2]. 버퍼오버플로우 취약점을 이용한 공격기법은 공격자의 악의적인 코드를 메모리에 삽입하여, 정상적인 프로그램의 흐름이 아닌 공격자의 코드로 실행되도록 프로그램의 흐름을 변경하는 행위이다. ICAT의 통계에 의하면[3], 컴퓨터 시스템에 위협을 가하는 바이러스나, 해킹 등의 주요 공격원인으로는 바이러스 제작자나, 해커들이 즐겨 이용하는 취약점을 이용한 방법으로 70% 이상을 버퍼오버플로우로 지적했으며, CERT 리포트[4]에 따르면, 버퍼오버플로우 취약점과 관련되어 발간된 CERT의 보고서는 전체의 50%에 이른다.
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참고문헌 (20)

  1. D.Wagner, J. S. Foster, E. A. Brewer, and A. Aiken. "A first step towards automated detection of buffer overrun vulnerabilities". In Proceedings of Network and Distributed System Security Symposium, pp.3-7, Feb. 2000. 

  2. D. Evans and D. Larochelle. "Improving security using extensible lightweight static analysis". IEEE Software, Vol.19, No. 1, pp.42-51, February 2002. 

    상세보기

  3. ICAT Metabase A CVE Based Vulnerability Database, http://www.icat.nist.gov/icat.cfm 

  4. C.C. Center. CERT/cc statistics 1988-2003. http://www.cert.org/stats 

  5. Mark W. Eichin and Jon A.Rochlis. With microscope and tweezers: An analysis of the Internet virus of November 1988. Proceeding of the IEEE Symposium on Research in Security and Privacy, 1989. 

  6. Roman Danyliw and Allen Householder. CERT Advisory CA-2001-19: Code Red Worm Exploiting Buffer Overflow IN IIS Indexing Service DLL. http://www.cert.org/advisories/CA-2001-19.html, Jul. 2001. 

  7. The SimpleScalar Toolset, Version 3.0. http://www.simplescalar.com 

  8. Lee, R. B., Karig, D. K., McGregor, J. P., and Shi, Z., "Enlisting Hardware Architecture to Thwart Malicious Code Injection," in Proceedings of the Security in Pervasive Computing, Boppard, Germany, 2003, pp.237-252. 

  9. SPEC: Standard Performance Evaluation Corporation. http://www.spec.org, September 2000. 

  10. clint : A source code checker for C++, http://www.sourceforge.net/projects/clint/ 

  11. Wagner, D., Foster, J.S, Brewer, E. A., and Aiken, A., "A First Step Towards Automated Detection of Buffer Overrun Vulnerabilities," in Proceedings of the Networks and Distributed System Security Symposium (NDCS), San Diego, CA, USA, 2000. 

  12. Cowan, C., Pu, C., Maier, D., Walpole, J., Bakke, P., Beattie, S., Grier, A., Wagle, P., Zhang, Q., and Hinton, H., "Stackguard: Automatic Adaptive Detection and Prevention of Buffer Overflow Attacks," in Proceedings of the 7th USENIX Security Conference, San Antonio, TX, USA, pp. 63-78, 1998. 

  13. Oppenheimer, D. L. and Martonosi, M. R., "Performance Signatures: A Mechanism for Intrusion Detection," in Proceedings of the 1997 IEEE Information Survivability Workshop, San Diego, CA, USA, 1997. 

  14. Sekar, R., Bendre, M., Dhurjati, D., and Bollineni, P., "A Fast Automaton-Based Method for Detecting Anomalous Program Behaviors," in Proceedings of the IEEE Symposium on Security and Privacy, Oakland, CA, USA, 144-155, 2001. 

  15. Ozdoganoglu, H., Brodley, C. E., Vijaykumar, T. N., Kuperman, B. A., and Jalote, A., "SmashGuard: A Hardware Solution to Prevent Security Attacks on the Function Return Address," Purdue University, TR-ECE 03-13, November 22, 2003. 

  16. Ye, D. and Kaeli, D., "A Reliable Return Address Stack: Microarchitectural Features to Defeat Stack Smashing," in Proceedings of the Workshop on Architectural Support for Security and Anti-Virus (WASSA), Boston, MA, USA, pp. 69-76, 2004. 

  17. Nergel, "The advanced return-into-lib(c) exploits: PaX case study". Phrack Magazine 11(56), Oct. 2004 

  18. Ralph Merkle. "Protocols for public key cryptosystems". IEEE Symposium on Security and privacy, pp. 122-134. 1980. 

  19. Yong-Joon Park, Gyungo Lee, "Microarchitectural Protection Against Stack-Based Buffer Overflow Attacks", IEEE Micro 2006, Vol. 26, No. 4, pp. 62-71 

  20. INOUE Koji, "Return address protection on cache memories". IEICE transactions on electronics (IEICE trans. electron.) 2006, vol. 89, no12, pp. 1937-1947 

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