[論文レビュー] On Secure and Usable Program Obfuscation: A Survey

Hui Xu, Yangfan Zhou+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2017

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 99被引用数 18

ひとこと要約

本調査は、コード指向型とモデル指向型のオブスカリティ手法を分析することで、プログラムのオブスカリティにおいてセキュリティと使いやすさの両立が可能かどうかを検討する。結論として、現在の手法では、セキュリティの保証や実用的なパフォーマンスが十分に達成されていないことが判明しており、主にセキュリティおよび効率性の評価指標が不十分であることが原因である。

ABSTRACT

Program obfuscation is a widely employed approach for software intellectual property protection. However, general obfuscation methods (e.g., lexical obfuscation, control obfuscation) implemented in mainstream obfuscation tools are heuristic and have little security guarantee. Recently in 2013, Garg et al. have achieved a breakthrough in secure program obfuscation with a graded encoding mechanism and they have shown that it can fulfill a compelling security property, i.e., indistinguishability. Nevertheless, the mechanism incurs too much overhead for practical usage. Besides, it focuses on obfuscating computation models (e.g., circuits) rather than real codes. In this paper, we aim to explore secure and usable obfuscation approaches from the literature. Our main finding is that currently we still have no such approaches made secure and usable. The main reason is we do not have adequate evaluation metrics concerning both security and performance. On one hand, existing code-oriented obfuscation approaches generally evaluate the increased obscurity rather than security guarantee. On the other hand, the performance requirement for model-oriented obfuscation approaches is too weak to develop practical program obfuscation solutions.

研究の動機と目的

• 既存のコード指向型オブスカリティ技術が、強固なセキュリティ保証を提供できるかどうかを評価すること。
• 多層的マップやグレーデッドエンコーディングに基づくモデル指向型オブスカリティアプローチ（例：GGH、CLT）が、実世界のソフトウェアに実用的かどうかを評価すること。
• 包括的な評価指標の欠如が、安全で使いやすいオブスカリティの開発を妨げる主な障壁であることを特定すること。
• 理論的セキュリティ（例：区別不能性）と実コードにおける実用的使いやすさの間の乖離を明らかにすること。
• セキュリティとパフォーマンスの両立を図る、新たな意味的根拠に基づく評価指標の必要性を提起すること。

提案手法

• 効果度、耐性、ステalth、コストなどの指標を用いて、コード指向型オブスカリティ手法を比較調査すること。
• 多層的マップおよびグレーデッドエンコーディング機構（例：GGH、CLT）に基づくモデル指向型オブスカリティアプローチを分析すること。
• 小規模なプログラム（例：ポイント関数、XOR演算）におけるグレーデッドエンコーディング方式のパフォーマンスを評価すること。
• 暗号解析の取り組みと修正済みスキームを調査し、グレーデッドエンコーディングの現在のセキュリティ状態を評価すること。
• 抽象解釈を用いてオブスカリティ効果をプログラム意味論にモデル化する意味的ベースの評価手法を提案すること。
• 意味的セキュリティとランタイム効率の両方を捉える標準化された指標の欠如を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存のコード指向型オブスカリティ手法は、単なる難読化を超えて、証明可能なセキュリティ保証を提供できるか？
• RQ2 GGH や CLT などのモデル指向型オブスカリティスキームは、複雑な構文や API を有する実世界のソフトウェアに実用的か？
• RQ3 なぜ既存の評価指標は、難読化されたプログラムの真のセキュリティを評価できないのか？
• RQ4 グレーデッドエンコーディング機構は、単純な数学的関数を超えて、汎用プログラムにどの程度スケーリング可能か？
• RQ5 セキュリティと使いやすさの両立を図るためには、どのような評価フレームワークが必要か？

主な発見

• 既存のコード指向型オブスカリティ手法では、意味的保護ではなく難読化に焦点を当てた指標が主であるため、意味のあるセキュリティ保証を提供できない。
• グレーデッドエンコーディングを用いたモデル指向型オブスカリティは、強い理論的セキュリティ（例：区別不能性）を達成できるが、著しいオーバーヘッドを伴い、難読化されたプログラムが数百万バイト乃至ギガバイト規模にまで膨張する。
• CLT や GGH などのグレーデッドエンコーディングスキームは、40ビットのポイント関数のような小規模なプログラムですら、あまりに遅く非効率で、実用的でない。
• 既存のオブスカリティツールは、スコープ情報、API 呼び出し、制御構造などの複雑なコード構造を処理できず、攻撃者が依然として利用可能である。
• 多項式オーバーヘッドというパフォーマンス要件は、実用的使いやすさを保証するには弱く、プログラムが依然として現実的に使用できない巨大なサイズにまで膨張する可能性がある。
• 意味的セキュリティとランタイム効率の両方を考慮する評価指標の欠如が深刻であり、安全で使いやすいオブスカリティの進展を妨げている。