[论文解读] Software Model Checking: A Promising Approach to Verify Mobile App Security: A Position Paper

Irina Măriuca Asăvoae, Hoang Nga Nguyen+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2017

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 9被引用 2

一句话总结

本文立场论文倡导通过基于K框架构建的K-Android工具进行软件模型检查，以验证Android移动应用中的安全属性，特别是应用合谋行为，通过形式化分析APK语义，成功检测到应用间恶意协作，取得了令人鼓舞的结果。

ABSTRACT

In this position paper we advocate software model checking as a technique suitable for security analysis of mobile apps. Our recommendation is based on promising results that we achieved on analysing app collusion in the context of the Android operating system. Broadly speaking, app collusion is when, in performing a threat, several apps are working together, i.e., they exchange information which they could not obtain on their own. In this context, we developed the K-Android tool, which provides an encoding of the Android/Smali code semantics within the K framework. K-Android allows for software model checking of Android APK files. Though our experience so far is limited to collusion, we believe the approach to be applicable to further security properties as well as other mobile operating systems.

研究动机与目标

• 为应对Android中多应用协作绕过安全策略的日益增长的威胁。
• 探索利用软件模型检查验证移动应用安全的可行性，超越传统静态分析。
• 证明通过K框架的形式化验证能够检测涉及应用间信息交换的复杂、协同攻击。
• 将模型检查技术的应用范围扩展至其他移动操作系统和安全属性。

提出的方法

• K-Android工具在K框架中编码了Android和Smali代码的语义，实现了对应用行为的形式化建模。
• 应用软件模型检查技术分析APK文件中的安全违规，包括合谋场景。
• 该方法利用K框架的形式化操作语义，精确建模程序执行和数据流。
• 该工具支持符号执行和状态空间探索，以检测应用间的恶意交互。
• 通过在形式化基础上分析所有可能的执行路径，实现安全属性的验证。
• 该方法设计为可扩展，可应用于其他移动平台和超越合谋的安全属性。

实验结果

研究问题

• RQ1 软件模型检查能否有效检测通过Android应用合谋实现的协同攻击？
• RQ2 K-Android工具在识别应用间恶意协作方面的可扩展性和性能表现如何？
• RQ3 通过K框架的形式化模型检查在多大程度上可推广至其他移动安全属性？
• RQ4 K-Android方法能否适应Android以外的其他移动操作系统？
• RQ5 在实际移动应用安全分析中，使用模型检查存在哪些实际局限性和优势？

主要发现

• K-Android工具通过在K框架中分析APK的形式化语义，成功识别出Android应用中的合谋场景。
• 通过K-Android进行的模型检查实现了对传统静态分析可能遗漏的恶意协作的精确检测。
• 该方法在验证复杂、跨应用的信息交换模式方面展示了可行性。
• 初步结果表明，形式化模型检查是移动应用安全验证的一种可行且前景广阔的技术。
• 该方法具有可扩展性，可适应验证除合谋以外的其他安全属性。
• K-Android框架为移动应用形式化验证的未来研究提供了坚实基础。