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[국내논문] 소프트웨어 타입 및 메모리 안전 강화 연구 원문보기

情報保護學會誌 = KIISC review, v.31 no.2, 2021년, pp.53 - 58  

전유석 (울산과학기술원 컴퓨터공학과)

초록
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C/C++ 언어는 빠른 속도를 가지는 저 수준(low-level) 언어로 운영체제, 응용 프로그램, 인공지능 라이브러리 및 IoT 장비 운영체제 등 광범위한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 C/C++ 프로그램은 타입 및 메모리 안전을 보장하는 프로그램을 구현하는 것은 프로그래머의 몫으로 남겨두기 때문에 프로그래머의 실수 등으로 인한 타입 및 메모리 안전 위반 사례는 주요 프로그램의 취약점 중 60% 이상을 차지할 만큼 심각하다. 이 논문에서는, 저자가 수행하였던 타입 및 메모리 안전 위반 문제를 해결하기 위한 두 가지 접근 방식을 소개한다. 첫 번째로, 특정 객체의 할당 패턴을 처리하면서 경량 메타데이터 구조와 컴파일러 최적화를 제공하는 타입 안전 위반 취약점 탐지 도구인 HexType은 취약점 탐지 범위 및 성능 오버헤드를 기존 연구에 비해 크게 개선하였다. 다음으로, 메모리 안전 위반 취약점을 효율적으로 탐지하기 위한 퍼징 기반의 FuZZan을 소개한다. FuZZan은 퍼징 테스트 처리량을 개선하여 주어진 동일 시간 안에 더 많은 취약점을 찾는 데 도움을 준다. 또한, 본 논문은 저자가 수행할 추가적인 소프트웨어 타입 및 메모리 안전 강화 연구 등을 포함한 향후 연구 방향을 소개한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • C/C++ 언어는 빠른 속도 및 높은 자유도를 바탕으로 광범위하게 우리 생활에 사용되고 있지만, 프로그램은 타입 및 메모리 안전을 보장하는 프로그램을 구현하는 것은 프로그래머의 몫으로 남겨두기 때문에 주요 프로그램의 대부분 취약점이 타입 및 메모리 안전 위반과 관련 있을 만큼 심각하다. 이 논문에서는, 저자가 기존에 타입 안전 강화를 위해서 수행하였던 HexType 및 메모리 안전 위반 문제를 해결하기 위해 수행하였던 FuZZan을 소개하였다. HexType의 경우 기존의 타입 안전 위반 취약점 탐지도구가 가지는 문제점을 해결하여 성능을 개선하였으며, FuZZan의 경우 메모리 안전 위반 취약점을 찾는데 주로 쓰이는 퍼징 및 ASan 결합 구조에서 생기는 비효율적인 디자인상의 이슈를 해결하여 주어진 시간에 안에 버그를 더 많이 찾을 수 있도록 성능을 개선하였다.

가설 설정

  • RB-tree [그림 5] 메타데이터 구조는 기존의 쉐도우 메모리처럼 넓은 공간을 예약하고 사용하는 대신에 짧은 퍼징시간을 고려하여 초기화 및 종료가 상대적으로 간편한 RB-tree에 기반한 메타데이터 구조를 설계하였다. 비교적 짧은 퍼징 시간 동안에 할당되는 객체의 양은 적을 것이기 때문에 RB-tree 메타데이터 구조에 저장되는 객체의 양 또한 적을 것이라는 가정을 바탕으로 설계하였다. Min-shadow 메타데이터 구조의 경우, 기존 쉐도우 메모리를 기반으로 하지만, 실제 메모리의 크 기에 대응하여 쉐도우 메모리 메타데이터 구조 크기가 증가하는 특성을 고려하여, 실제 메모리를 강제적으로 압축하여 대응되는 쉐도우 메모리의 크기를 줄이는 Min-shadow 메타데이터 구조를 고안하였다.
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참고문헌 (11)

  1. Alex Gaynor, Fish in a Barrel, "QUANTIFYING MEMORY UNSAFETY AND REACTIONS TO IT," ENIGMA, https://www.usenix.org/conference/enigma2021/presentation/gaynor, 2021. 

  2. Microsoft Securtiy Team, "Trends, challenge, and shifts in software vulnerability mitigation," https://github.com/microsoft/MSRC-Security-Research/tree/master/presentations/2019_02_BlueHatIL, 2019. 

  3. Yuseok Jeon, Priyam Biswas, Scott Carr, Byoungyoung Lee, and Mathias Payer, "HexType: Efficient Detection of Type Confusion Errors for C++," In Proceedings of the ACM Conference on Computer and Communications Security(CCS), 2017. 

  4. Serebryany, Konstantin and Bruening, Derek and Potapenko, Alexander and Vyukov, Dmitriy, "AddressSanitizer: A fast address sanity checker," In Proceedings of the USENIX Annual Technical Conference(ATC), 2012 

  5. Yuseok Jeon, WookHyun Han, Nathan Burow, and Mathias Payer, "FuZZan: Efficient Sanitizer Metadata Design for Fuzzing," In Proceedings of the USENIX Annual Technical Conference (ATC), 2020 

  6. Google, "Fuzzer test suite," https://github.com/google/fuzzer-test-suite 

  7. Istvan Haller, Yuseok Jeon, Hui Peng, Mathias Payer, Cristiano Giuffrida, Herbert Bos, and Erik van der Kouwe, "TypeSan: Practical Type Confusion Detection," In Proceedings of the ACM Conference on Computer and Communications Security(CCS), 2016. 

  8. Lee, Byoungyoung and Song, Chengyu and Kim, Taesoo and Lee, Wenke, "Type casting verification: Stopping an emerging attack vector," In Proceedings of the USENIX Security, 2015 

  9. Yuseok Jeon, Priyam Biswas, Scott Carr, Byoung young Lee, and Mathias Payer, "HexType," https://github.com/HexHive/HexType 

  10. Yuseok Jeon, WookHyun Han, Nathan Burow, and Mathias Payer, "FuZZan," https://github.com/HexHive/FuZZan. 

  11. Jeon, Yuseok and Rhee, Junghwan and Kim, Chung Hwan and Li, Zhichun and Payer, Mathias and Lee, Byoungyoung and Wu, Zhenyu, "Process-aware restriction of over-privileged setuid calls in legacy applications," In Proceedings of the ACM Conference on Data and Application Security and Privacy (CodaSpy), 2019. 

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