Обфускация как метод защиты программного обеспечения
Или то, почему вы не можете издать свою улучшенную версию Counter Strike и уехать жить на Гавайи.
О чём речь?
Красивый пример из Википедии кода, прошедшего обфускацию.
Далее в программе
Как это должно работать?
Состояние дел сейчас
Зачем это нужно?
Так же, алгоритмы обфускации активно используются не только для затруднения анализа кода, но и для уменьшения размера программного кода, что, в свою очередь, активно используется при разработке различных веб-сервисов и баз данных.
Как это должно работать?
Как понятно из вышесказанного, методы обфускации должны усложнить код, преобразовав его таким образом, чтобы скрыть от третьих лиц логику его работы.
Как это работает
Большинство методов обфускации преобразуют следующие аспектов кода:
• Данные: делают элементы кода похожими на то, чем они не являются
• Поток кода: выставляют исполняемую логику программы абсурдной или даже недетерминированной
• Структура формата: применяют различное форматирование данных, переименование идентификаторов, удаление комментариев кода и т.д.
Инструменты обфускации могут работать как с source или байт кодом, так и с бинарным, однако обфускация двоичных файлов сложнее, и должна варьироваться в зависимости от архитектуры системы.
При обфускации кода, важно правильно оценить, какие части когда можно эффективно запутать. Следует избегать обфускации кода, критичного относительно производительности.
Методы
1. Преобразование данных
Одним из наиболее важных элементов обфускации является преобразование данных, используемых программой, в иную форму, оказывающее минимальное виляние на производительность кода, но значительно усложняющее хакерам возможность обратного инжинирнга.
По ссылке можно ознакомится с интересными примерами использования двоичной формы записи чисел для усложнения читабельности кода, а так же изменений формы хранения данных и замены значений различными тождественными им выражениями.
2. Обфускация потока управления кодом
Обфускация потока управления может быть выполнена путем изменения порядка операторов выполнения программы. Изменение графа управления путем вставки произвольных инструкций перехода и преобразования древовидных условных конструкций в плоские операторы переключения, как показано на следующей диаграмме.
3. Обфускация адресов
Данный метод изменяет структура хранения данных, так чтобы усложнить их использование. Например алгоритм, может выбирать случайными адреса данных в памяти, а также относительные расстояния между различными элементами данных. Данный подход примечателен тем, что даже если злоумышленник и сможет «декодировать» данные, используемые приложением на каком-то конкретном устройстве, то на других устройствах он всё равно не сможет воспроизвести свой успех.
4. Регулярное обновление кода
Этот метод предотвращает атаки, регулярно выпуская обновления обфусцированного программного обеспечения. Своевременные замены частей существующего программного обеспечения новыми обфусцированными экземплярами, могут вынудить злоумышленника отказаться от существующего результата обратного анализа, так как усилия по взлому кода в таком случае могут превысить получаемую от этого ценность.
5. Обфускация инструкций ассемблера
Преобразование и изменение ассемблерного когда также может затруднить процесс обратного инжиниринга. Одним из таких методов является использование перекрывающихся инструкций (jump-in-a-middle), в результате чего дизассемблер может произвести неправильный вывод. Ассемблерный код также может быть усилен против проникновения за счёт включения бесполезных управляющих операторов и прочего мусорного кода.
6. Обфускация отладочной информации
Отладочную информацию можно использовать для обратного проектирования программы, поэтому важно блокировать несанкционированный доступ к данным отладки. Инструменты обфускации достигают этого, изменяя номера строк и имена файлов в отладочных данных или полностью удаляя из программы отладочную информацию.
Заключение
Я не стал описывать историю развития различных подходов к обфускации, так как на мой взгляд, она неплохо отражена в уже существующей на Хабре статье.
Данная статья была написана в 2015 году, и мне не удалось найти в интернете существенного количества статей и иных материалов на тему моего поста, накопившихся за это время. На мой взгляд, в наш век всё большую популярность приобретает разработка всевозможных веб приложений, которые мало нуждаются в обфускации в качестве метода защиты информации. Однако как раз таки сжатие исходного кода программ, при помощи методов обфускации в таких приложениях зачастую оказывается полезным.
В заключение, хотел бы добавить, что при использовании методов обфускации не следует пренебрегать и прочими методами защиты вашего кода, ведь обфускация далеко не серебряная пуля в вопросе защиты программ от взлома.
Ссылки и источники
[3] Barak B., Goldreich O., Impagliazzo R., Rudich S., Sahai A., Vadhan S. and Yang K. «On the (im) possibility of obfuscating programs.» CRYPTO 2001.
Защита приложения. Часть 2. Обфускация
Обфускация — следующий уровень защиты приложения. Недостаточно защитить данные паролями и привязкой к железу: такую защиту легко обойти, пронанализировав код. Мы писали об этом в предыдущей статье — «Защита приложения. Часть 1». Чтобы код нельзя было так просто просмотреть и понять — запутывайте его. Для этого и была придумана обфускация, набор методов, которые превращают понятный код в непонятную кашу.
Обфускация имеет под собой серьёзные теоретические основания. Важно не только выполнить основную задачу — запутать код, но и при этом не нанести серьёзного урона как скорости, так и функциональности приложения.
Наибольшую популярность в деле обфускации получил метод Колберга. Пусть ваша программа — А, тогда задача сводится к созданию выходного кода A’ с использованием преобразований T1, T2…Tn, опирающихся на использование библиотек L1, L2…Ln. Эффективность процессов оценивается функциями E1, E2…En. Множественность возникает из-за разбиения кода на разные по важности фрагменты, оцениваемые функциями I1, I2…ln. Так мы обеспечим максимальную защиту важнейшим участкам, при этом постараясь не проиграть в быстродействии.
Виды обфускации
Преобразования бывают четырех видов:
Лексическая обфускация — замена названий переменных и функций. Например, понятная раннее final_cost[positions] превращается в бездушную f5rq[zlp]. Или вот ещё сравните:
А если переменных не две, а полтора десятка? Читать и понимать такое сложно. Этот вид обфускации простой для быстрого применения, но малоэффективный: меняются только названия методов, а общая схема работы остается неизменной. Современные IDE умеют искать использования методов в коде, это очень упрощает анализ обфусцированного кода. Обход такой обфускации вопрос времени.
Преобразование данных более сложная и эффективная операция. Она включает в себя изменение и создание новых типов данных и применение к ним комбинаторики. Например, число 9 можно представить, как 10000000001 (количество нулей), 210019 (двоичное число между идентификаторами начала и конца), 32 (3 2 ) и ещё огромным количеством способов. Или замена выражения i=1 для простого цикла перечисления на i0=21 c последующим представлением через другие константы — i=i0/i1-i2, где i1=7, i2=2. Что касается типов данных, то в простейшем случае можно представлять 32-битные числовые данные перемножением 16-битным на некоторую переменную со значением 16.
Преобразование управления — нарушение естественного хода программы, для чего используются непрозрачные предикаты. То есть это случай, когда результат исполняемых действий трудно предугадать в ходе заданной процедуры. В простейшем случае это создание дополнительных блоков кода: в одном выполняются вычисления, в другом происходит наследование, а в каком-то общем — несколько ложных операций, лишь одна из которых действительная. В более сложных ситуациях создаётся комплексная карта замещений и трансформаций, до неузнаваемости меняющих общую структуру кода.
Профилактическая обфускация защищает ваш код от деобфускации специальными программами-деобфускаторами. Они основываются на обнаружении неиспользуемых кусков кода, нахождении наиболее сложных структур (фрагментов максимальной важности) и анализе статистических и динамических данных. Именно борьба с этими операциями — наиболее сложный и эффективный процесс обфускации. Здесь необходимо максимально точно подойти к анализу исходных данных, задействовать максимум предоставленных ресурсов, учесть подходы потенциальных оппонентов.
Без опыта ручной обфускации создать непроходимый лабиринт не получится, требуется помощь специалистов. В сети можно отыскать массу бесплатных, платных и взломанных обфускаторов. Последний вид наиболее бесполезен: программа защиты, не способная защитить себя — сомнительный выбор. Бесплатные обфускаторы неплохи, но в силу своего распространения имеют универсальный и не самый сложный подход. Плюс, надежность процедуры запутывания также можно поставить под вопрос — если программа легко доступна, то ее алгоритмы несложно проанализировать и найти обратный алгоритм. Поэтому, если вы действительно собрались хорошо заработать на своем коде — не пожалейте денег на организацию грамотной обфускации.
Хорошо запутанная программа, закрытая надёжным паролем — уже головная боль для потенциального взломщика. Но и обфускация еще не финальный оплот защиты.
В следующей части — защита от отладчиков, протекторы, лицензии и программы слежения.
А тем, кто определился с тем, что хочет стать программистом, рекомендуем профессию «Веб-разработчик».
Обфускация — следующий уровень защиты приложения. Недостаточно защитить данные паролями и привязкой к железу: такую защиту легко обойти, пронанализировав код. Мы писали об этом в предыдущей статье — «Защита приложения. Часть 1». Чтобы код нельзя было так просто просмотреть и понять — запутывайте его. Для этого и была придумана обфускация, набор методов, которые превращают понятный код в непонятную кашу.
Обфускация имеет под собой серьёзные теоретические основания. Важно не только выполнить основную задачу — запутать код, но и при этом не нанести серьёзного урона как скорости, так и функциональности приложения.
Наибольшую популярность в деле обфускации получил метод Колберга. Пусть ваша программа — А, тогда задача сводится к созданию выходного кода A’ с использованием преобразований T1, T2…Tn, опирающихся на использование библиотек L1, L2…Ln. Эффективность процессов оценивается функциями E1, E2…En. Множественность возникает из-за разбиения кода на разные по важности фрагменты, оцениваемые функциями I1, I2…ln. Так мы обеспечим максимальную защиту важнейшим участкам, при этом постараясь не проиграть в быстродействии.
Виды обфускации
Преобразования бывают четырех видов:
Лексическая обфускация — замена названий переменных и функций. Например, понятная раннее final_cost[positions] превращается в бездушную f5rq[zlp]. Или вот ещё сравните:
А если переменных не две, а полтора десятка? Читать и понимать такое сложно. Этот вид обфускации простой для быстрого применения, но малоэффективный: меняются только названия методов, а общая схема работы остается неизменной. Современные IDE умеют искать использования методов в коде, это очень упрощает анализ обфусцированного кода. Обход такой обфускации вопрос времени.
Преобразование данных более сложная и эффективная операция. Она включает в себя изменение и создание новых типов данных и применение к ним комбинаторики. Например, число 9 можно представить, как 10000000001 (количество нулей), 210019 (двоичное число между идентификаторами начала и конца), 32 (3 2 ) и ещё огромным количеством способов. Или замена выражения i=1 для простого цикла перечисления на i0=21 c последующим представлением через другие константы — i=i0/i1-i2, где i1=7, i2=2. Что касается типов данных, то в простейшем случае можно представлять 32-битные числовые данные перемножением 16-битным на некоторую переменную со значением 16.
Преобразование управления — нарушение естественного хода программы, для чего используются непрозрачные предикаты. То есть это случай, когда результат исполняемых действий трудно предугадать в ходе заданной процедуры. В простейшем случае это создание дополнительных блоков кода: в одном выполняются вычисления, в другом происходит наследование, а в каком-то общем — несколько ложных операций, лишь одна из которых действительная. В более сложных ситуациях создаётся комплексная карта замещений и трансформаций, до неузнаваемости меняющих общую структуру кода.
Профилактическая обфускация защищает ваш код от деобфускации специальными программами-деобфускаторами. Они основываются на обнаружении неиспользуемых кусков кода, нахождении наиболее сложных структур (фрагментов максимальной важности) и анализе статистических и динамических данных. Именно борьба с этими операциями — наиболее сложный и эффективный процесс обфускации. Здесь необходимо максимально точно подойти к анализу исходных данных, задействовать максимум предоставленных ресурсов, учесть подходы потенциальных оппонентов.
Без опыта ручной обфускации создать непроходимый лабиринт не получится, требуется помощь специалистов. В сети можно отыскать массу бесплатных, платных и взломанных обфускаторов. Последний вид наиболее бесполезен: программа защиты, не способная защитить себя — сомнительный выбор. Бесплатные обфускаторы неплохи, но в силу своего распространения имеют универсальный и не самый сложный подход. Плюс, надежность процедуры запутывания также можно поставить под вопрос — если программа легко доступна, то ее алгоритмы несложно проанализировать и найти обратный алгоритм. Поэтому, если вы действительно собрались хорошо заработать на своем коде — не пожалейте денег на организацию грамотной обфускации.
Хорошо запутанная программа, закрытая надёжным паролем — уже головная боль для потенциального взломщика. Но и обфускация еще не финальный оплот защиты.
В следующей части — защита от отладчиков, протекторы, лицензии и программы слежения.
А тем, кто определился с тем, что хочет стать программистом, рекомендуем профессию «Веб-разработчик».
Обфускация программ
Обфускация программ — это прорывная, самая горячая сегодня, область криптографии. За последние два года написано свыше 70ти статей по этой теме, она вызывает жаркие дискуссии, создает настоящие гонки между исследовательскими группами, открывает полигон для научных изысканий. Более того, оказывается, что обфускация — фундаментальный, образующий примитив, который порождает практически всё, что мы имеем в криптографии сегодня. Разберемся, с тем что же это такое.
Давая пользователям доступ к установочным файлам программ, компании неизбежно раскрывают свои профессиональные секреты и наработки, и ничто не останавливает злобонравных конкурентов от беззастенчивого копирования и воровства чужих алгоритмов. Обратим внимание и на другой пример, это важные обновления (патчи), исправляющие ошибки в операционных системах. Почти мгновенно очередное обновление анализируется хакерами, они выявляют проблему которую это обновление чинит, и атакуют несчастных, не успевших вовремя обновиться, пользователей. 
Эти две ситуации связывает одна фундаментальная проблема, а именно: написанная человеком программа может быть человеком же и понята, проанализирована, разобрана. А что если существовал бы алгоритм, который бы мог до неузнаваемости, необратимо переделать программу при этом сохраняя ее функциональность? Так чтобы программу совершенно невозможно было бы понять, но при этом она работала бы ничуть не хуже исходной? Такой алгоритм и называется «обфусцирующий» или «обфускатор».
В распоряжении разработчиков на данный момент не существует хороших обфускаторов, а те обфускаторы, которые широко используются сегодня, весьма примитивны — они могут переставлять инструкции, заменять имена переменных, вставлять куски кода, которые на самом деле имеют нулевой эффект и делать аналогичные вещи, которые в целом можно назвать «безопасность через непонятность». Но такие обфускации при небольшом усердии легко деобфусцировать, а потому это не преграда для хороших хакеров.
Но что же конкретно мы хотим от обфускатора? «Невозможность понять программу» которую он выдает звучит весьма туманно…
В 2013 [2] году в этой области был совершен прорыв, теоретиками было вытащено на свет другое определение и предложена настоящая конструкция для него. Этот новый вид обфускатора называется «Обфускация Неразличимости» («Indistinguishability Obfuscation» — «iO»), формально: если имеются две разные программы, но с абсолютно идентичными функциональностями, то обфускации этих двух программ будут неотличимы друг от друга. То есть, если я имею программы P1, P2, такие что для любого входа x, P1(x) = P2(x), а O — это обфускатор неразличимости, который принимает на вход программу P и возвращает новую программу O(P), то невозможно будет отличить O(P1) и O(P2). То есть вы не сможете сказать, какая обфускация какой изначальной программе принадлежит, то ли O(P1) — это обфускация P1, то ли это обфускация P2. (Обфускатор O — вероятностный алгоритм). На первый взгляд, не понятно, на сколько хорош такой обфускатор. Ответ на этот вопрос, о котором рассказывается в следующих двух параграфах, сотряс сообщество криптографов.
В 2007 [3] году был исследован «лучший» обфускатор. Было предложено называть обфускатор «лучшим», если обфусцированная программа сообщает не больше информации, чем любая другая программа с той же функциональностью. И было показано, что Обфускатор Неразличимости — это и есть «лучший» обфускатор. Таким образом конструкция-кандидат лучшего обфускатора на свете уже у нас в кармане! И скоро не надо будет изощряться в перепутывании инструкций и переименовании переменных.
То есть фактически, Обфускатор Неразличимости это примитив, образующий чуть ли не всю криптографию, с помощью которого можно построить практически всё, что мы имеем в криптографии сегодня. Конечно, требуется еще много работы прежде чем обфускатор станет доступен для широкого использования, но фундамент для этого уже заложен.
Обфускация
Обфуска́ция (от лат. obfuscare — затенять, затемнять; и англ. obfuscate — делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку) или запутывание кода — приведение исходного текста или исполняемого кода программы к виду, сохраняющему ее функциональность, но затрудняющему анализ, понимание алгоритмов работы и модификацию при декомпиляции.
«Запутывание» кода может осуществляться на уровне алгоритма, исходного текста и/или ассемблерного текста. Для создания запутанного ассемблерного текста могут использоваться специализированные компиляторы, использующие неочевидные или недокументированные возможности среды исполнения программы. Существуют также специальные программы, производящие обфускацию, называемые обфускаторами (англ. Obfuscator ).
Содержание
Цели обфускации
Технологии
На уровне исходных текстов
На JavaScript, VBScript и подобных скрипт-языках пользователю доступен исходный текст программы. В этом случае форматированием текста и заменой имён можно сделать текст менее читаемым.
Код после обфускации:
На уровне машинного кода
Как правило, обфускация на уровне машинного кода уменьшает скорость выполнения и соответственно увеличивает время выполнения программы. Поэтому она применяется в критичных к безопасности, но не критичных к скорости местах программы, таких как проверка регистрационного кода.
Простейший способ обфускации машинного кода — вставка в него недействующих конструкций (таких как or ax, ax )
На уровне промежуточного кода
Назначение
Усложнение исследования кода
Обфускация HTML помогает спамерам: на почтовом клиенте, который способен отображать HTML, текст читается, но антиспам-фильтр, который имеет дело с исходным HTML-файлом, пропускает нежелательное сообщение, не распознавая в нём запретной строки.
Простейший пример обфусцированного HTML:
При просмотре пользователь увидит слово «Машина», в то время как в исходном коде оно расчленено и воспринимается как два раздельных слова.
Оптимизация
В интерпретируемых языках обфусцированный код занимает меньше места, чем исходный, и зачастую выполняется быстрее, чем исходный. Современные обфускаторы также заменяют константы числами, оптимизируют код инициализации массивов, и выполняют другую оптимизацию, которую на уровне исходного текста провести проблематично или невозможно.
Проблема уменьшения размера важна, например, при программировании для сотовых телефонов на J2ME, где размер программы серьёзно ограничен. Обфускация JavaScript уменьшает размер HTML-файлов и, соответственно, ускоряет загрузку.
Недостатки
Потеря гибкости кода
Код после обфускации может стать более зависимым от платформы или компилятора.
Трудности отладки
Обфускатор не даёт постороннему выяснить, что делает код, но и не даёт разработчику отлаживать его. При отладке приходится отключать обфускатор.
Недостаточная безопасность
Хотя обфускация помогает сделать распределённую систему более безопасной, не стоит ограничиваться только ею. Обфускация — это безопасность через неясность. Ни один из существующих обфускаторов не гарантирует сложности декомпиляции и не обеспечивает безопасности на уровне современных криптографических схем. Вполне вероятно, что эффективная защита невозможна (по крайней мере в некотором конкретном классе решаемых задач).
Ошибки в обфускаторах
Современный обфускатор — сложный программный комплекс. Зачастую в обфускаторы, несмотря на тщательное проектирование и тестирование, вкрадываются ошибки. Так что есть ненулевая вероятность, что прошедший через обфускатор код вообще не будет работать. И чем сложнее разрабатываемая программа, тем больше эта вероятность.
Вызов класса по имени
Большинство языков с промежуточным кодом могут создавать или вызывать объекты по именам их классов. Современные обфускаторы позволяют сохранить указанные классы от переименования, однако подобные ограничения сокращают гибкость программ.
См. также
Источники
Полезное
Смотреть что такое «Обфускация» в других словарях:
Запутывание кода — Обфускация (от лат. obfuscare затенять, затемнять; и англ. obfuscate делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку), или запутывание кода приведение исходного текста или исполняемого кода программы к виду, сохраняющему ее функциональность, но… … Википедия
Обфускатор — Обфускация (от лат. obfuscare затенять, затемнять; и англ. obfuscate делать неочевидным, запутанным, сбивать с толку), или запутывание кода приведение исходного текста или исполняемого кода программы к виду, сохраняющему ее функциональность, но… … Википедия
Безопасность через неясность — (англ. Security through obscurity) принцип, используемый для обеспечения безопасности в различных сферах деятельности человека. Основная идея заключается в том, чтобы скрыть внутреннее устройство системы или реализацию для обеспечения… … Википедия
Полный перебор — У этого термина существуют и другие значения, см. Перебор. Полный перебор (или метод «грубой силы», англ. brute force) метод решения математических задач. Относится к классу методов поиска решения исчерпыванием всевозможных… … Википедия
Игра для программистов — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия
Программерская игра — Игра для программистов компьютерная игра, в которой человек не участвует напрямую в игре. Вместо этого он пишет управляющую программу, сражающуюся с себе подобными программами. Такие игры являются сложным и нетривиальным упражнением для… … Википедия
0day — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью … Википедия
Byte Code Engineering Library — Jakarta BCEL Тип Библиотека модификации байт кодов Разработчик Apache Software Foundation Написана на Java Операционная система Кроссплатформенное программное обеспечение Последняя версия 5.2 (6 июня 2 … Википедия
Мёртвый код — В теории компиляторов, мёртвым кодом (так же бесполезным кодом, англ. dead code) называют код, который может быть исполнен, но результаты его вычислений в дальнейшем в программе не используются[1][2][3]. Другими словами это код, определяющий … Википедия
