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최적화 컴파일된 자바스크립트 함수에 대한 최적화 해제 회피를 이용하는 런타임 가드 커버리지 유도 퍼저
Runtime-Guard Coverage Guided Fuzzer Avoiding Deoptimization for Optimized Javascript Functions 원문보기

情報保護學會論文誌 = Journal of the Korea Institute of Information Security and Cryptology, v.30 no.3, 2020년, pp.443 - 454  

김홍교 (고려대학교) ,  문종섭 (고려대학교)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

자바스크립트 엔진은 주로 웹 브라우저에 적재되어 웹 페이지를 표시하는 여러 기능 중 자바스크립트 코드를 입력으로 받아 처리하는 모듈이다. 자바스크립트 엔진 내 취약점은 종단 사용자의 시스템 보안을 위협할 수 있어 많은 퍼징 테스트 연구가 수행되었다. 그중 일부 연구는 자바스크립트 엔진 내 테스트 커버리지를 유도하는 방식으로 퍼징 효율을 높였으나, 최적화되어 동적으로 생성된 기계어 코드에 대한 커버리지 유도 퍼징은 시도되지 않았다. 최적화된 자바스크립트 코드는 예외적인 흐름 발생 시 코드를 해제하는 런타임 가드의 기능으로 인해 퍼징을 통한 충분한 반복 테스트가 어렵다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해 최적화 해제를 회피하여 최적화된 기계어 코드에 대해 퍼징 테스트를 수행하는 방법을 제안한다. 또한, 동적 바이너리 계측 방식으로 수행된 런타임 가드의 커버리지를 계측하고 커버리지 증가를 유도하는 방식을 제안한다. 실험을 통해, 본 연구가 제안하는 방식이 런타임 가드 커버리지, 시간당 테스트 횟수의 두가지 척도에서 기존의 방식보다 뛰어남을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The JavaScript engine is a module that receives JavaScript code as input and processes it, among many functions that are loaded into web browsers and display web pages. Many fuzzing test studies have been conducted as vulnerabilities in JavaScript engines could threaten the system security of end-us...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 런타임 가드는 최적화 과정에서 세워진 가정을 보호하기 위한 보안 제약으로써, 최적화된 기계어 코드에 대한 퍼징은 이러한 제약의 미비로 인한 오류를찾는 것을 목적으로 한다. 본 논문에서는 3.2 최적화된 기계어 코드에 대한 퍼징에서 언급한 기존 방식의 문제점을 해결하기 위해 퍼징 시스템 내에 디버거와 실행 흐름 계측을 위한 기계어 코드를 추가하는 방식을 제안한다. 또한, 최적화된 기계어 코드의 자체 보안 검사인 런타임 가드에 대해 선택적으로 동적바이너리 계측을 적용하는 런타임 가드 기반 커버리지 분석 방식을 제안한다.
  • 본 논문에서는 런타임 가드로 인한 최적화 해제가 최적화된 자바스크립트 함수에 대한 퍼징 효율을 저해하는 것에 착안하여 최적화 해제를 회피하여 최적화된 자바스크립트 함수를 퍼징하는 방법을 제안했다. 또한, 최적화된 자바스크립트 내의 런타임 가드의 분기를 계측하여 더 많은 보안 검사에 대한 테스트가 가능하도록 유도하는 퍼징 방식을 제안했다.
  • 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해 최적화해제가 발생할 때 최적화 해제를 회피하여 최적화된 기계어 코드에 대해 퍼징 테스트를 수행하는 방법을 제안한다. 이 방법을 통해 한번 최적화된 코드에 대해서는 다양한 입력을 시도하면서도 최적화 해제가 발생하지 않은 채, 반복적인 퍼징 테스트가 가능하다.
  • 본 연구가 제안하는 방법의 목적은 첫째, 최적화해제로 인한 오버헤드를 줄여 시간 대비 많은 테스트를 수행하는 것과 둘째, 기존의 방식으로 도달하지 못한 경로에 있는 런타임 가드에 대한 테스트를 수행하는 것이다. 구현 결과가 상기 목적을 달성하는지 확인하기 위해 반복 횟수, 발견한 경로의 개수, 수행된 총 런타임 가드 분기의 개수를 평가 척도로 사용한다.

가설 설정

  • 자바스크립트 엔진은 실행 과정에서 반복적으로호출되는 스크립트의 수행 성능을 높이기 위해 JIT(just-in-time) 컴파일을 통해 컴파일하여 기계어 코드 형태로 메모리 내에 동적 생성한다. 컴파일 과정에서 최적화를 위해 피연산자의 자료형 등이 일정하게 반복된다면, 앞으로의 실행에서도 같은 형태가 반복될 것을 가정하여 컴파일한다. 이러한 가정은 생성된 기계어 코드 내에 삽입된 런타임 가드에 의해 보호되어 가정을 벗어나는 입력을 받으면 해당예측을 통해 만들어진 기계어 코드를 더 이상 사용하지 않도록 하는 최적화 해제가 일어난다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자바스크립트 엔진들의 취약점이 발생할 확률이 증가하는 이유는? 웹 브라우저에서 사용하는 자바스크립트는 신뢰할 수 없는 스크립트를 제한된 권한으로 안전하게 처리하도록 요구된다. 하지만 웹 브라우저 환경의 높은 성능 요구사항으로 인해 자바스크립트 엔진들의 프로그램 복잡도가 증가해 취약점 발생 확률을 높였다. 또한, 자바스크립트 엔진들은 성능 향상을 위해 C++과 같은 저수준 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현되며, 많은 악의적인 공격들이 프로그램의 제어 흐름 탈취를 위해 저수준 프로그래밍 언어의 메모리 보호 실패를 이용한다[2].
자바스크립트 엔진이란? 자바스크립트 엔진은 주로 웹 브라우저에 적재되어 웹 페이지를 표시하는 여러 기능 중 자바스크립트 코드를 입력으로 받아 처리하는 모듈이다. 자바스크립트 엔진 내 취약점은 종단 사용자의 시스템 보안을 위협할 수 있어 많은 퍼징 테스트 연구가 수행되었다.
퍼징 기법 중 발전된 기법을 사용하는 퍼저는 무엇인가? 퍼징 기법은 소프트웨어에 대한 테스팅 기법의 하나로 무작위로 생성하거나 변조된 입력을 반복적으로 전달함으로써 소프트웨어에서 예외를 발생시켜 발생한 예외를 바탕으로 소프트웨어 내에 취약점을 발견하는 기법이다. AFL(american fuzzy lop)[4] 과같은 발전된 기법을 사용하는 퍼저들은 소프트웨어내에 다양한 경로에 대한 테스트를 위해 실행 흐름계측에 의한 피드백을 사용하는 등 퍼징 테스트의 효율을 높이기 위한 기법들을 사용하기도 한다.
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참고문헌 (20)

  1. S. GROB, "FuzzIL: Coverage Guided Fuzzing for JavaScript Engines," Ph.D. Thesis, Karlsruhe Institute of Technology, Jan. 2018. 

  2. D. Jang, Z. Tatlock, and S. Lerner, "SafeDispatch: Securing C++ Virtual Calls from Memory Corruption Attacks," NDSS Symposium 2014, Feb. 2014. 

  3. G. A. Perez, C. M. Kao, Y. C. Chung, and W. C. Hsu, "A hybrid just-in -time compiler for android: comparing JIT types and the result of cooperation," Proceedings of the 2012 international conference on Compilers, architectures and synthesis for embed -ded systems, pp. 41-51, Oct. 2012. 

  4. Lcamtuf, "american fuzzy lop" http://lcamtuf.coredump.cx/afl/, Mar. 18, 2020 

  5. C. Holler and A. Zeller, "Fuzzing with code fragments," Proceedings of the 21st USENIX Security Symposium, pp. 445-458, Aug. 2012. 

  6. Google Project Zero, "fuzzilli" https://github.com/googleprojectzero/fuzzilli, Mar. 18, 2020 

  7. Hyuk-woo Park, Sung-kook Kim, and Soo-mook Moon, "Work-in-progress: advanced ahead-of-time compilation for javascript engine," Proceeding of the 2017 International Conference on Compilers, Architectures and Synthesis For Embedded Systems, pp. 1-2, Nov. 2017. 

  8. Mozilla Fuzzing Security, "funfuzz" https://github.com/MozillaSecurity/funfuzz, Mar. 22, 2020 

  9. Google Project Zero, "domato" https://github.com/googleprojectzero/domato, Mar. 23, 2020 

  10. P. Godefroid, A. Kiezun, and M. Y. Levin, "Grammar-based whitebox fuzzing," Proceedings of the 29th ACM SIGPLAN Conference on Programming Language Design and Implementation, pp. 206-215, June 2008. 

  11. MITRE, "CVE-2019-5782" https://cve.mitre.org/cgi-bin/cvename.cgi?nameCVE-2019-5782, Mar 18, 2020 

  12. v8, "v8" https://github.com/v8/v8, Mar. 22, 2020 

  13. Min-su Lee, Je-hyun Lee, Ho-bin Kim, and Chan-ho Ryu, "Instrumentation Performance Measurement Technique for Evaluating Efficiency of Binary Analysis Tools," Jonornal of The Korea Institute of information Security & Cryptology, 27(6), pp. 1331-1345, Dec. 2017, 2006. 

  14. G. Southern and J. Renau, "Overhead of deoptimization checks in the V8 javascript engine," IEEE International Symposium on Workload Characterization (IISWC), pp. 1-10, Sep. 2016. 

  15. N. K. Madhukar, R. Behnam, and H. Ben, "Server-side type profiling for optimizing client-side JavaScript engines," ACM SIGPLAN Notices vol. 51, no.2, pp. 140-153, Oct. 2015. 

  16. B. Michael, B. Florian, F. Manuel, L. Francesco, S. Wolfram, T. Nikolai, and V. Herman, "SPUR: a trace-based JIT compiler for CIL." Proceedings of the ACM international conference on Object oriented programming systems languages and applications, pp. 708-725, Oct. 2010. 

  17. M. Yusuf, A. El-Mahdy and E. Rohou, "On-stack replacement to improve JIT-based obfuscation a preliminary study," Proceedings of the 2nd International Japan-Egypt Conference on Electronics, Communications and Computers, pp. 94-99, Mar. 2014. 

  18. J. Wang, B. Chen, L. Wei, and Y. Liu, "Superion: Grammar-Aware Greybox Fuzzing," Proceedings of the 41st IEEE/ACM International Conference on Software Engineering, pp. 724-735, May. 2019. 

  19. The Clang Team, "Clang 11 documentation," https://clang.llvm.org/docs/SanitizerCoverage.html, Mar. 22, 2020 

  20. Google, "chromium bug 944062" https://bugs.chromium.org/p/chromium/issues/detail?id944062, Apr. 29, 2020 

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