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[국내논문] CFI(Control Flow Integrity) 적용을 통한 GOT(Global Offset Table) 변조 공격 방지 방안 연구
CFI Approach to Defend against GOT Overwrite Attacks 원문보기

Journal of Internet Computing and Services = 인터넷정보학회논문지, v.21 no.1, 2020년, pp.179 - 190  

정승훈 (Department of Computer Engineering, Sejong University) ,  황재준 (Hanhwa Systems) ,  권혁진 (Ministry of National Defense) ,  신동규 (Department of Computer Engineering, Sejong University)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

유닉스 계열 시스템 환경에서 GOT 변조(GOT overwrite) 공격은 소프트웨어 권한 탈취를 위한 전통적인 제어흐름 탈취 기법 중 하나이다. 그 동안 GOT 변조를 방어하기 위한 몇 가지 기법들이 제안되었는데, 그 중 프로그램 로딩 단계에서 GOT 영역을 읽기전용 속성으로 메모리 배치하여 실행 시간에 GOT 변조를 원천적으로 차단하는 Full Relro(Relocation Read only) 기법이 가장 효과적인 방어기법으로 알려져 왔다. 하지만, Full Relro 기법은 로딩 시간의 지연을 가져와 시작 성능에 민감한 프로그램의 적용에는 제약이 있고, 라이브러리에 적용시 의존 라이브러리에 의한 연쇄적인 로딩 지연 문제 등으로 라이브러리에는 현재 적용되지 않고 있다. 또한, LLVM을 포함한 다수의 컴파일러들은 Full Relro 기법을 기본 적용하지 않아 실행환경의 프로그램은 GOT 공격에 여전히 취약하다. 이 논문에서는 현재 코드 재사용 공격 방어를 위해 가장 적합한 기법으로 인식되고 있는 CFI(Control Flow Integrity) 기법을 사용한 GOT 보호 장치를 제안한다. LLVM을 기반으로 본 기법을 구현하고 binutils-gdb 프로그램 그룹에 적용해 보안성, 성능, 호환성 등을 평가하였다. 본 CFI 기반 GOT 보호 장치는 우회하기 어렵고, 빠르며 기존 라이브러리 프로그램과도 호환되어 적용가능성이 높다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the Unix-like system environment, the GOT overwrite attack is one of the traditional control flow hijacking techniques for exploiting software privileges. Several techniques have been proposed to defend against the GOT overwrite attack, and among them, the Full Relro(Relocation Read only) techniq...

Keyword

#보안   #제어흐름 무결성   #링킹과 로딩  

표/그림 (10)

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GOT 변조 공격이란? 유닉스 계열 시스템 환경에서 GOT 변조(GOT overwrite) 공격은 소프트웨어 권한 탈취를 위한 전통적인 제어흐름 탈취 기법 중 하나이다. 그 동안 GOT 변조를 방어하기 위한 몇 가지 기법들이 제안되었는데, 그 중 프로그램 로딩 단계에서 GOT 영역을 읽기전용 속성으로 메모리 배치하여 실행 시간에 GOT 변조를 원천적으로 차단하는 Full Relro(Relocation Read only) 기법이 가장 효과적인 방어기법으로 알려져 왔다.
가장 효과적인 GOT 변조를 방어하는 기법은? 유닉스 계열 시스템 환경에서 GOT 변조(GOT overwrite) 공격은 소프트웨어 권한 탈취를 위한 전통적인 제어흐름 탈취 기법 중 하나이다. 그 동안 GOT 변조를 방어하기 위한 몇 가지 기법들이 제안되었는데, 그 중 프로그램 로딩 단계에서 GOT 영역을 읽기전용 속성으로 메모리 배치하여 실행 시간에 GOT 변조를 원천적으로 차단하는 Full Relro(Relocation Read only) 기법이 가장 효과적인 방어기법으로 알려져 왔다. 하지만, Full Relro 기법은 로딩 시간의 지연을 가져와 시작 성능에 민감한 프로그램의 적용에는 제약이 있고, 라이브러리에 적용시 의존 라이브러리에 의한 연쇄적인 로딩 지연 문제 등으로 라이브러리에는 현재 적용되지 않고 있다.
Full Relro 기법이 갖는 시작 시간 지연이라는 성능 문제의 원인은? 하지만, Full Relro 기법은 시작 시간 지연이라는 성능 문제를 포함한다. 동적 바인딩은 의존 라이브러리 목록 검색, 라이브러리 함수명의 문자열 비교 등 시간 소요 작업을 필요로 한다 [3]. 다수의 라이브러리가 포함된 프로그램에서, 라이브러리 목록의 뒤에 배치된 라이브러리 함수에 대한 다량의 호출이 발생할 때 심볼 바인딩에 의한 로딩시간은 라이브러리 개수의 제곱에 비례해 느려질 수 있다 [4]. 라이브러리의 경우 일반적인 실행흐름에서 호출되지 않는 다량의 함수를 포함할 수 있고, 지연된 바인딩 없이는 의존 라이브러리에 의한 연쇄적인 로딩 지연 등의 문제가 발생할 수 있어 Full Relro 기법은 적용되지 않는다.
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참고문헌 (21)

  1. MITRE. CWE/SANS Top 25 Most Dangerous Software Errors. [Online]. http://cwe.mitre.org/top25/archive/2019/2019_cwe_top25.html 

  2. c0ntex. How to hijack the global offset table with pointers for root shells. [Online]. http://www.infosecwriters.com/text_resources/pdf/GOT_Hijack.pdf 

  3. M. Zhang and R. Sekar, "Squeezing the dynamic loader for fun and profit," 2015. [Online]. http://www.seclab.cs.stonybrook.edu/seclab/pubs/seclab15-12.pdf 

  4. P. Pluzhnikov. Dynamic linking with large number of dsos degrades into linear lookup. [Online]. https://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id16709 

  5. C. Lattner and V. Adve, "LLVM: A compilation framework for lifelong program analysis & transformation," in Proceedings of the international symposium on Code generation and optimization: feedback-directed and runtime optimization, IEEE Computer Society, p. 75, 2004. https://doi.org/10.1109/cgo.2004.1281665 

  6. H. Shacham et al., "The geometry of innocent flesh on the bone: returninto-libc without function calls (on the x86)," in ACM conference on Computer and communications security, New York？ pp. 552-561, 2007. https://doi.org/10.1145/1315245.1315313 

  7. Microsoft. Control flow guard. [Online]. https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/secbp/control-flow-guard 

  8. The Clang Team. Control flow integrity. [Online]. https://clang.llvm.org/docs/ControlFlowIntegrity.html 

  9. M. Zhang and R. Sekar, "Control Flow Integrity for COTS Binaries," in USENIX Security Symposium, 2013, pp. 337-352. Available: https://doi.org/10.1145/2818000.2818016 

  10. B. Niu and G. Tan, "Modular control-flow integrity," ACM SIGPLAN Notices, vol. 49, no. 6, pp. 577-587, 2014. Available: https://doi.org/10.1145/2666356.2594295 

    상세보기 crossref

  11. M. Abadi, M. Budiu, U. Erlingsson, and J. Ligatti, "Control-flow integrity," in Proceedings of the 12th ACM conference on Computer and communications security, ACM, pp. 340-353, 2005. https://doi.org/10.1145/1102120.1102165 

  12. N. Burow, S. A. Carr, J. Nash, P. Larsen, M. Franz, S. Brunthaler, and M. Payer, "Control-flow integrity: Precision, security, and performance," ACM Computing Surveys (CSUR), vol. 50, no. 1, p. 16, 2017. https://doi.org/10.1145/3054924 

  13. Microsoft Support. Data execution prevention (dep). [Online]. http://support.microsoft.com/kb/875352/EN-US/ 

  14. F. Kefallonitis, "Name mangling demystified," 2007. [Online]. http://www.int0x80.gr/papers/name_mangling.pdf 

  15. LLVM Project. Writing an LLVM Pass. [Online]. http://llvm.org/docs/WritingAnLLVMPass.html 

  16. LLVM Project. LLD - The LLVM Linker. [Online]. https://lld.llvm.org/ 

  17. LLVM Project. LLVM Link Time Optimization: Design and Implementation. [Online]. https://llvm.org/docs/LinkTimeOptimization.html 

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  19. LLVM Project. LLVM Language Reference Manual. [Online]. https://llvm.org/docs/LangRef.html 

  20. L. Presser and J. R. White, "Linkers and loaders," ACM Computing Surveys (CSUR), vol. 4, no. 3, pp. 149-167, 1972. https://doi.org/10.1145/356603.356605 

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  21. Wikipedia, Address Space Layout Randomization. [Online]. https://en.wikipedia.org/wiki/Address_space_layout_randomization 

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