[논문]Design and Implementation of Birthmark Technique for Unity Application

Heewan Park

doi:10.9708/jksci.2023.28.07.085

Design and Implementation of Birthmark Technique for Unity Application 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.28 no.7, 2023년, pp.85 - 93

Heewan Park (Dept. of IT Software, Halla University)

초록
AI-Helper

소프트웨어 버스마크란 프로그램의 소스 코드가 없는 상태에서도 바이너리 파일로부터 추출 가능한 소프트웨어에 내재된 고유한 특징을 의미한다. 사람의 유전자처럼 유사도를 수치로 계산할 수 있기 때문에 소프트웨어 도용과 복제 여부를 판단하는데 사용할 수 있다. 본 논문에서는 유니티를 이용하여 개발된 안드로이드 애플리케이션에 대한 새로운 버스마크 기법을 제안한다. 유니티 기반 안드로이드 애플리케이션은 C# 언어를 이용하여 코드를 작성하며 프로그램의 핵심 로직은 DLL 모듈에 포함되기 때문에 일반적인 안드로이드 애플리케이션과는 다른 방법으로 접근해야 한다. 본 논문에서 제안한 유니티 버스마크 추출 및 비교 시스템을 구현하여 신뢰도와 강인도를 평가하였다. 평가 결과에 의해서 유니티 버스마크 기법은 유니티 기반으로 제작된 안드로이드 애플리케이션의 코드 도용이나 불법 복제를 예방하는데 효과가 있을 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Software birthmark refers to a unique feature inherent in software that can be extracted from program binaries even in the absence of the original source code of the program. Like human genetic information, the similarity between programs can be calculated numerically, so it can be used to determine whether software is stolen or copied. In this paper, we propose a new birthmark technique for Android applications developed using Unity. The source codes of Unity-based Android applications use C# language, and since the core logic of the program is included in the DLL module, it must be approached in a different way from normal Android applications. In this paper, a Unity birthmark extraction and comparison system was implemented, and reliability and resilience were evaluated. The use of the Unity birthmark technique proposed in this paper is expected to be effective in preventing illegal copy or code theft of the Unity-based Android applications.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Concept of the software birthmark
그림 Fig. 2. Sample C# codes of Unity application
그림 Fig. 3. Sample CIL codes of Unity application
그림 Fig. 4. Example of 3-size code fragments of Fig. 2
그림 Fig. 5. Example of 3-gram of Fig. 3
그림 Fig. 6. Structure of Unity based Android application birthmark system
표 Table 1. Credibility result of Unity CIL Birthmark (Name of applications : A=SwipeCar, B=CatEscape, C=ClimbCloud, D=Bamsongi, E=AppleCatch)
표 Table 2. Credibility result of Unity API Birthmark
그림 Fig. 7. Comparison of resilience between CIL birthmark and API birthmark
그림 Fig. 8. The capture image of original CatEscape Unity application and it's upgraded version
표 Table 3. Resilience result of Unity CIL Birthmark
표 Table 4. Resilience result of Unity API Birthmark
표 Table 5. Resilience result of original and modified version of CatEscape Unity application
그림 Fig. 9. The capture image of original ClimbCloud Unity application and it's upgraded version
표 Table 6. Resilience result of original and modified version of ClimbCloud Unity application

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문에서는 기존 연구에서 다뤄지지 않았던 유니티앱을 대상으로 C# 바이트코드 분석 결과를 활용하는 새로운 버스마크 기법을 제안하고 시스템을 구현하였다. 또한 실험을 통해서 버스마크의 신뢰도와 강인도를 평가하고 버스마크로서의 유용성을 입증하였다.
최근까지 진행된 안드로이드를 대상으로 하는 소프트웨어 버스마크 연구는 주로 자바 언어로 작성된 애플리케이션의 중간 언어를 분석하는 방법을 사용해왔으며 유니티 개발 도구를 이용해서 제작된 안드로이드 앱에 대한 연구는 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 유니티 엔진을 기반으로 C# 언어를 이용하여 제작된 안드로이드 애플리케이션에 대한 새로운 소프트웨어 버스마크 기법을 제안하고 성능 평가를 수행한다.
본 논문에서는 유니티 엔진을 활용하여 제작된 안드로이드 애플리케이션의 코드 도용 여부를 탐지하기 위한 새로운 소프트웨어 버스마크 기법을 제안한다. 기존의 안드로이드 버스마크 기법이 apk 파일에 포함된 DEX 파일을 분석했던 것과 다르게 본 논문에서는 DLL 파일을 분석하여 유사도를 계산한다.

가설 설정

따라서 일반적으로 난독화 도구를 이용해서 강인도를 평가하다. 본 논문에서는 실험에 사용된 프로그램이 유니티 게임이라는 특성을 감안하여 원본 게임을 도용한 사람이 게임의 기능을 일부 변경하는 상황을 가정하여 강인도 평가를 추가로 수행하였다.

제안 방법

프로그램의 제어 흐름이 변경되면 명령어 시퀀스가 변경될 수 있기 때문에 버스마크 시스템에 의해서 생성되는 k-gram도 변경될 수 있다. Dotfuscator는 제어 흐름 난독화로 Low, Medium, High의 3 단계 옵션을 제공하며 본 논문에서는 난독화 강도를 High로 설정하여 가장 강도 높은 제어 흐름 난독화를 수행한 후 버스마크의 강인도를 평가하였다.
기존의 안드로이드 버스마크 기법이 apk 파일에 포함된 DEX 파일을 분석했던 것과 다르게 본 논문에서는 DLL 파일을 분석하여 유사도를 계산한다. 그리고 유니티 버스마크의 효용성을 평가하기 위해서 오픈 소스 프로그램에 대해서 신뢰도(credibility)와 강인도(resilience)를 평가한다.
본 논문에서는 유니티 엔진을 활용하여 제작된 안드로이드 애플리케이션의 코드 도용 여부를 탐지하기 위한 새로운 소프트웨어 버스마크 기법을 제안한다. 기존의 안드로이드 버스마크 기법이 apk 파일에 포함된 DEX 파일을 분석했던 것과 다르게 본 논문에서는 DLL 파일을 분석하여 유사도를 계산한다. 그리고 유니티 버스마크의 효용성을 평가하기 위해서 오픈 소스 프로그램에 대해서 신뢰도(credibility)와 강인도(resilience)를 평가한다.
첫 번째, 모든 CIL 중간 언어 명령어를 대상으로 3개의 명령어 조각들을 연결하여 CIL 명령어 기반 버스마크를 생성하였다. 두 번째, CIL 중간 언어 명령어 중에서 API 메소드를 호출하는 명령어만을 추출하여 3개의 명령어 조각들을 연결하여 API 메소드 기반 버스마크를 생성하였다. 프로그램을 구성하는 모든 명령어들을 버스마크 생성에 사용하는 것이 일반적이지만 프로그램의 크기가 크거나 비교 대상이 많은 경우에는 중요한 명령어만을 추출하여 생성되는 버스마크의 크기를 줄일 수 있으며 대표적으로 선택 가능한 것이 API 메소드 호출이다.
비록 완벽하지는 않지만 디컴파일 기능을 사용한다면 원본 소스코드와 유사한 C# 소스 코드를 얻을 수도 있다. 본 논문에서 제안하는 유니티 버스마크 시스템에서는 중간 언어 형태인 CIL 파일에 포함된 명령어들을 k개의 조각으로 나누어서 버스마크로 사용한다.
본 논문에서는 두 가지 유형의 버스마크를 모두 추출하고 두 결과를 비교 분석하여 신뢰도와 강인도를 평가하였다. 유니티 기반 안드로이드 버스마크 생성 및 비교 시스템은 Visual Studio 2022 버전을 활용하여 C++ 언어로 구현하였고 Windows 10 환경에서 실험하였다.
본 논문에서는 버스마크를 생성할 때 두 가지 유형의 버스마크를 생성하였다. 첫 번째, 모든 CIL 중간 언어 명령어를 대상으로 3개의 명령어 조각들을 연결하여 CIL 명령어 기반 버스마크를 생성하였다.
본 논문에서는 버스마크를 생성할 때 두 가지 유형의 버스마크를 생성하였다. 첫 번째, 모든 CIL 중간 언어 명령어를 대상으로 3개의 명령어 조각들을 연결하여 CIL 명령어 기반 버스마크를 생성하였다. 두 번째, CIL 중간 언어 명령어 중에서 API 메소드를 호출하는 명령어만을 추출하여 3개의 명령어 조각들을 연결하여 API 메소드 기반 버스마크를 생성하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 두 가지 유형의 버스마크를 모두 추출하고 두 결과를 비교 분석하여 신뢰도와 강인도를 평가하였다. 유니티 기반 안드로이드 버스마크 생성 및 비교 시스템은 Visual Studio 2022 버전을 활용하여 C++ 언어로 구현하였고 Windows 10 환경에서 실험하였다.

이론/모형

본 논문에서 제안하는 버스마크 시스템의 난독화에 대한 강인도를 평가하기 위해서 .NET 난독화 도구인 Dotfuscator를 사용하였다. Dotfuscator는 PreEmptive社에서 개발한 도구로서 Visual Studio 정식 버전에 포함되어 배포되는 대표적인 난독화 도구이다.

성능/효과

10개의 유사도 계산 값이 CIL 명령어를 대상으로 k-gram을 생성하는 Table 1의 실험 결과보다 모두 낮은 값으로 계산되었다. 따라서 API 명령어 기반 버스마크가 모든 CIL 명령어 기반 버스마크보다 신뢰도가 우수하다고 평가할 수 있다.
7은 CIL 버스마크와 API 버스마크를 비교한 결과이다. 실험 대상으로 사용된 5개의 앱에서 모두 CIL 버스마크보다 API 버스마크가 유사도가 높게 계산되었다. API 메소드 호출은 프로그램의 핵심 기능을 담당하기 때문에 순서를 변경하거나 수정하기 어렵기 때문에 모든 명령어를 대상으로 하는 CIL 버스마크보다 강인도가 높게 평가되었다고 해석할 수 있다.

후속연구

또한 실험을 통해서 버스마크의 신뢰도와 강인도를 평가하고 버스마크로서의 유용성을 입증하였다. 본 논문에서 제안한 유니티 버스마크가 널리 활용된다면 유니티 엔진을 사용하여 제작된 안드로이드 애플리케이션에 대한 코드 도용이나 불법 복제 시도를 예방할 수 있을 것으로 기대한다.

참고문헌 (18)

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H. Park, H. Lim, S. Choi and T. Han, "Detecting Common？Modules in Java Packages Based on Static Object Trace？Birthmark," The Computer Journal, Vol. 54, No. 1, pp. 108-124,？Jan. 2011. DOI: 10.1093/comjnl/bxp095

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"IL2CPP Overview," https://docs.unity3d.com/2021.3/Documentation/Manual/IL2CPP.html

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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