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RNN을 이용한 코드 재사용 공격 탐지 방법 연구
Detecting code reuse attack using RNN 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.19 no.3, 2018년, pp.15 - 23  

김진섭 (Graduate School of Information Security, Korea University) ,  문종섭 (Graduate School of Information Security, Korea University)

초록
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코드 재사용 공격은 프로그램 메모리상에 존재하는 실행 가능한 코드 조각을 조합하고, 이를 연속적으로 실행함으로써 스택에 직접 코드를 주입하지 않고도 임의의 코드를 실행시킬 수 있는 공격 기법이다. 코드 재사용 공격의 대표적인 종류로는 ROP(Return-Oriented Programming) 공격이 있으며, ROP 공격에 대응하기 위한 여러 방어기법들이 제시되어왔다. 그러나 기존의 방법들은 특정 규칙을 기반으로 공격을 탐지하는 Rule-base 방식을 사용하기 때문에 사전에 정의한 규칙에 해당되지 않는 ROP 공격은 탐지할 수 없다는 한계점이 존재한다. 본 논문에서는 RNN(Recurrent Neural Network)을 사용하여 ROP 공격 코드에 사용되는 명령어 패턴을 학습하고, 이를 통해 ROP 공격을 탐지하는 방법을 소개한다. 또한 정상 코드와 ROP 공격 코드 판별에 대한 False Positive Ratio, False Negative Ratio, Accuracy를 측정함으로써 제안한 방법이 효과적으로 ROP 공격을 탐지함을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A code reuse attack is an attack technique that can execute arbitrary code without injecting code directly into the stack by combining executable code fragments existing in program memory and executing them continuously. ROP(Return-Oriented Programming) attack is typical type of code reuse attack an...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 Rule-base 방식의 한계점을 해결하기 위해 딥 러닝(Deep learning)을 사용하여 학습된 인공 신경망을 통해 ROP 공격을 탐지하는 방법을 제안한다. 연속적으로 실행되는 명령어의 패턴을 학습하기 위해 Recurrnet Neural Network(RNN)이라는 인공 신경망 모델을 사용하였으며, DBI(Dynamic Binary Instrumentation) 도구와 텐서플로우(Tensorflow)를 이용하여 성능 측정을 위한 실험을 진행하였다.
  • 본 논문에서는 시퀀스 데이터 학습에 적합한 딥 러닝 모델인 RNN을 사용하여 ROP 공격을 탐지하는 방법을 제시하였다. 기존에 ROP 공격을 탐지하는 방법은 가젯의길이를 통해 가젯의 공격 여부를 판단하는 Rule-base 방식을 사용하기 때문에 쉽게 우회가 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ROP 공격에서 사용하는 가젯은 항상 무엇으로 끝나는가? ROP 공격은 적은 개수의 명령어로 이루어진 짧은 코드 조각을 사용하며, 이 때 사용하는 코드 조각을 가젯이라고 한다. ROP 공격에서 사용하는 가젯은 항상 RET 명령어로 끝난다. RET 명령어는 다음에 실행할 명령어의 주소를 스택 최상단으로부터 가져오고, 스택 포인터를 증가시킨다.
LSTM은 무엇을 보완하기 위해 등장한 알고리즘인가? LSTM은 길이가 긴 시퀀스 데이터에 대한 학습이 어려운 RNN을 보완하기 위해 등장한 인공 신경망 알고리즘이다. 그림 2는 LSTM의 기본 구조를 나타낸 것이다.
Vanishing gradient 문제를 내포하고 있는 RNN의 학습과정은 어떤 한계점을 보이는가? 그러나 RNN의 학습 과정은 에러가 발생한 시점에서 멀리 떨어진 과거 시점일수록에러의 그래디언트가 전달되지 않는 Vanishing gradient 문제를 내포하고 있다[12, 13]. 이 문제로 인해 기본적인 형태의 RNN은 시퀀스 길이가 긴 데이터를 학습하는데 한계점을 보인다. 이를 보완하기 위한 해결책으로는ReLU를 활성 함수로 사용하는 방법과 GRU(GatedRecurremt Units)[3], LSTM(Long Short-Term Memory)[4]을사용하는 방법이 있다.
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참고문헌 (13)

  1. P.Bania, "Security Mitigations for Return-Oriented Programming Attacks", http://piotrbania.com/all/articles/pbania_rop_mitigations2010.pdf, 2010. 

  2. P. Chen, H. Xiao, X. Shen, X. Yin, B. Mao, and L. Xie, "DROP: Detecting return-oriented programming malicious code", 5th Internationak Conference on Information System Security, LNCS Vol 5905, pp. 163-177, 2009. https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-10772-6_13 

  3. K. Cho, B. van Merrienboer, C. Gulcehre, D. Bahdanau, F. Bougares, H. Schwenk, and Y. Bengio, "Learning phrase representations using RNN encoder-decoder for statistical machine translation", Empirical Methods in Natural Language Processing, pp. 1724-1734, 2014. 

  4. S. Hochreiter, and J. Schmidhuber, "Long Short-Term Memory", Neural computation, 1997. 

  5. P. J. Werbos, "Backpropagation through time: what it does and how to do it", Proceedings of the IEEE, 1990. 

  6. M. Kayaalp, T. Schmitt, J. Nomani, D. Ponomarev, and N. Abu-Ghazaleh, "Scrap: Architecture for signature-based protection from code reuse attacks", Proceedings of the 2013 IEEE conference on High Performance Computer Architecture, 2013. 

  7. J. Li, Z. Wang, X. Jiang, M. Grace, and S. Bahram, "Defeating return-oriented rootkits with return-less kernels". 5th ACM SIGOPS EuroSys conference, 2010. 

  8. CK. Luk, R. Cohn, R. Muth, H. Patil, A. Klauser, G. Lowney, S. Wallace, V. J. Reddi, and K. Hazelwood, "Pin: Building customized program analysis tools with dynamic instrumentation", PLDI '05 Proceedings of the ACM SIGPLAN conference on Programming language design and inplementaion, pp. 190-200, 2005. 

  9. Microsoft, Data Execution Prevention(DEP), http://support.microsoft.com/kb/875352/EN-US/, 2006. 

  10. K. Onarlioglu, L. Bilge, A. Lanzi, D. Balzarotti, and E. Kirda, "G-free: Defeating return-oriented programming through gadget-less binaries", ACSAC '10 Proceedings of the 26th Annual Computer Security Applications Conference, pp. 49-58, 2010. 

  11. H.Shacham, "The Geometry of Innocent Flesh on the Bone: Return-into-libc without Function Calls (on the x86)", CCS '07 Proceedings of the 14th ACM conference on Computer and Communicatopns Security, pp. 552-56, 2007. 

  12. K. Yao, B. Peng, Y. Zhang, D. Yu, G. Zweig, and Y. Shi, "Spoken Language Understanding Using Long Short-Term Memory Neural Network", IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014. 

  13. K. Yao, B. Peng, G. Zweig, D. Yu, X. Li, and F. Gao, "Recurrent Conditional Random Field For Language Understanding", IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP), 2014. https://doi.org/10.1109/ICASSP.2014.6854368 

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