[论文解读] HornDroid: Practical and Sound Static Analysis of Android Applications by SMT Solving

Stefano Calzavara, Ilya Grishchenko+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2017

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 13被引用 14

一句话总结

HornDroid 是一种用于 Android 应用的高效静态分析工具，利用 Horn 子句建模程序语义，并使用 SMT 求解器验证信息流属性。它在精度和性能方面均优于现有工具，同时首次为 Android 静态分析提供了形式化正确性证明。

ABSTRACT

We present HornDroid, a new tool for the static analysis of information flow properties in Android applications. The core idea underlying HornDroid is to use Horn clauses for soundly abstracting the semantics of Android applications and to express security properties as a set of proof obligations that are automatically discharged by an off-the-shelf SMT solver. This approach makes it possible to fine-tune the analysis in order to achieve a high degree of precision while still using off-the-shelf verification tools, thereby leveraging the recent advances in this field. As a matter of fact, HornDroid outperforms state-of-the-art Android static analysis tools on benchmarks proposed by the community. Moreover, HornDroid is the first static analysis tool for Android to come with a formal proof of soundness, which covers the core of the analysis technique: besides yielding correctness assurances, this proof allowed us to identify some critical corner-cases that affect the soundness guarantees provided by some of the previous static analysis tools for Android.

研究动机与目标

• 开发一种实用且可靠的 Android 应用静态分析框架，确保信息流分析的正确性。
• 利用现成的 SMT 求解器，自动验证 Android 应用中的安全属性。
• 在现有 Android 静态分析工具的基础上，进一步提升精度与性能。
• 为核心分析技术的形式化正确性提供证明，识别出先前工具忽略的关键边界情况。

提出的方法

• 使用 Horn 子句抽象程序语义，以表示 Android 应用中的控制流和数据流行为。
• 将安全属性编码为在 Horn 子句框架中表达的证明义务。
• 使用现成的 SMT 求解器自动处理这些证明义务。
• 集成微调机制，以在分析的精度与性能之间取得平衡。
• 构建核心分析技术的形式化正确性证明，以确保正确性保障。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用现有的验证基础设施，使 Android 应用的静态分析在保持高精度的同时具备可扩展性？
• RQ2 Horn 子句能否有效建模 Android 应用的语义，以支持安全属性的验证？
• RQ3 在多大程度上可以利用 SMT 求解器自动化验证 Android 应用中的信息流属性？
• RQ4 哪些关键边界情况会损害先前 Android 静态分析工具的正确性？
• RQ5 能否为实用的 Android 静态分析框架构建形式化正确性证明？

主要发现

• HornDroid 在社区提出的基准测试中优于当前最先进的 Android 静态分析工具。
• 该工具是首个为其核心分析技术提供形式化正确性证明的工具。
• 形式化证明揭示了先前静态分析工具中破坏正确性的关键边界情况。
• SMT 求解的使用在保持可扩展性的同时实现了高精度，得益于现成的验证技术。