Инструментарий никогда не заменит знаний

Некоторые из средств дизассемблирования и отладки предлагают фантастические возможности. Но они, как и любой другой инструментарий, несовершенны. Особенно это проявляется при анализе злонамеренного кода (вирусов, червей, Троянских коней) или специально разработанных программ. Обычно авторы подобных поделок делают все возможное для затруднения их анализа и снижения эффекта от применения отладчиков, дизассемблеров и других подобных инструментальных средств. Например, вирус RST для Linux в случае обнаружения, что он работает под управлением отладчика, завершает свою работу. Этот же вирус при инфицировании исполняемых и компонуемых файлов ELF (Executable and Linkable Format – формат исполняемых и компонуемых модулей) модифицирует их заголовки таким образом, что некоторые дизассемблеры не могут дизассемблировать двоичный код вируса (обычно это достигается путем размещения кода вируса в необъявленном программном сегменте). Часто злоумышленный код шифруется или сжимается, что защищает его от экспертизы. Черви Code Red распространялись половинками своих программ, маскируясь под строки переполнения, и, таким образом, формат их двоичных данных не подходил ни под один из стандартных заголовков файла.

Поэтому при анализе двоичных данных нужно знать не только о том, какие инструментальные средства и как применять, но и как обойтись без них. Анализируя заголовок файла, возможно, потребуется определить, какие данные в файле модифицированы, как и с какой целью. Вероятно, потребуется проанализировать зашифрованные данные и процедуру их расшифровки, восстановить алгоритм работы программы и выяснить результаты ее работы.

Необходимо знать ассемблер не только в объеме, достаточном для чтения ассемблерных программ, но и для написания программ расшифровки или восстановления данных. Писать на ассемблере намного сложнее, чем читать программы, написанные на этом языке.

Из этого не следует, что инструментальные средства бесполезны. Далеко не так. Нужно только выявить часть программы, оказавшуюся не по зубам инструментальным средствам, и проанализировать ее самостоятельно, а остальную часть программы – при помощи инструментальных средств. Кроме того, иногда для лучшего понимания логики работы программы следует воспользоваться инструментарием.

Тестирование методом «черного ящика»

Термин «черный ящик» относится к любым компонентам или частям системы, чьи внутренние функции скрыты от пользователя системы. При тестировании методом «черного ящика» главное внимание уделяется изучению результатов работы системы в зависимости от ее входных данных без рассмотрения настройки и управления работой ее внутренних компонентов.

Тестирование методом «черного ящика» может быть сравнено с бинарным аудитом (binary auditing). Любой аудит так или иначе имеет дело с бинарными данными, предусматривающими одну возможность из двух. Известны различные толкования «черного ящика» в зависимости от знаний исследователя о его внутреннем строении (его прозрачности). В книге рассматриваются два типа ящиков: «черный ящик» и «ящик из обсидиана». Конечно, это мысленные, а не реальные физические объекты. Тип ящика отражает уровень знаний исследователя о происходящих в системе внутренних явлениях.

Как и следовало ожидать, для большинства хакеров сама идея «черного ящика» – проклятие. В их головах не укладывается, как можно знать о наличии привлекательной функции и не пытаться узнать, как она работает. В книге будут обсуждены подходы к изучению абсолютно «черного ящика», хотя большее внимание будет уделено изучению внутреннего устройства систем.

Чипы

Предположим, что в руки исследователя попало электронное устройство, про которое хотелось бы знать, как оно работает. В настоящее время большинство электронных устройств построено на микросхемах. Вскрыв устройство, можно обнаружить, что оно состоит из множества немаркированных микросхем. Вытащив таинственную микросхему из слота, как определить, что это за чип?

Неизвестная микросхема – удачный пример встречающегося на практике «черного ящика». Без маркировки определить предназначение чипа очень сложно.

Что можно вынести из визуального осмотра? Только то, что у чипа 16 контактов или что-то подобное этому. Исследовав монтажную плату и токопроводящие слои, довольно легко можно определить контакты питания. Их можно проверить вольтметром. Но если предположение о контактах питания окажется ошибочным, микросхема будет сожжена.

Кроме того, следует попытаться сделать выводы, основываясь на других компонентах устройства. Можно составить список компонентов, подсоединенных к чипу, и выяснить, к каким контактам они подсоединены. Например, может оказаться, что два контакта в конечном счете подключены к светодиоду LED (LED – Light-Emitting Diode – светоизлучающий диод).

Если окажется, что чип – простое устройство TTL-логики (transistor-transistor logic – транзисторно-транзисторные логические схемы), то можно определить реализуемые этим чипом простые логические функции, подавая на различные контакты напряжение, эквивалентное сигналам «истина/ложь» и одновременно измеряя выходное напряжение на других контактах. Если удастся определить, что чип относится, например, к классу схем И-НЕ (NAND (not-and) gate), то по каталогу микросхем можно определить исследуемый чип или его аналог.

С другой стороны, чип может оказаться по своей сложности сравнимым с небольшим микропроцессором или встроенной вычислительной системой. В последнем случае для определения соответствия между входными и выходными сигналами методом проб и ошибок потребуется рассмотреть слишком много комбинаций. Вполне возможно, что во встроенной системе окажутся аналоговые компоненты (например, динамик), которые сведут на нет все попытки установления закономерностей двоичной логики.

С образцами подобных устройств можно познакомиться по адресу www.parallaxinc.com/html_files/products/Basic_Stamps/module_bs2p.asp. Parallax производит семейство чипов со встроенным интерпретатором BASIC, отличающихся различными комбинациями входных и выходных интерфейсов. Главная сложность подобного устройства заключается в том, что число его состояний заведомо больше, чем можно перечислить. Даже крошечный компьютер с небольшим количеством памяти может сгенерировать бесконечно большое число неповторяющихся результатов. В качестве простого примера представьте себе компьютер на одном чипе, который складывает большие целые числа. Все, что он может сделать, – это выполнить простую программу добавления 1 к введенному числу и вывести результат. Вероятно, исследователь быстро определит, что на компьютере выполняется простая программа сложения чисел, но определить другие возможности компьютера практически невозможно. Иными словами, ничего нельзя сказать о том, является ли это устройство компьютером общего назначения или оно выполняет единственную функцию.

Сложно найти закономерность при исследовании систем методом «черного ящика». Но некоторые извлекают пользу из этого. Закономерности могут быть найдены случайно или в результате активных исследований. Прежде чем попытаться скрыть какую-либо закономерность, следует удостовериться в том, что число вариантов ее проявления достаточно велико. Конкретный пример приведен в статье по адресу www.casinoguru.com/features/0899/f_080399_tocatch.htm. В статье говорится o жуликоватом технике игорных автоматов, который заменил чип в некоторых автоматах. В результате каждый раз при вбрасывании определенной последовательности монет в автомат и дерганья за ручку автомат выплачивал джек-пот. Речь идет об основных приемах «зашивки» в программы «секретных» недокументированных сообщений!

Если из результатов исследования и доступной информации непонятно, что это за чип, то вскройте его! Вскрыть чип? Именно так. Исследователям защитного корпуса таких устройств, как смарт-карты (smart card – кредитная карточка с микропроцессором), известно много способов их изучения, включая выжигание корпуса чипа кислотой и исследование его структуры под микроскопом. Подробнее эти вопросы освещены в главе 14.

Итак, если исследователь с помощью метода «черного ящика» не может разобраться с устройством чипа, то он должен вскрыть его. Опыт посещения автором копий обсидиана (вулканического стекла) в Аризоне наглядно демонстрирует это. Если держать обсидиан на расстоянии вытянутой руки, то он выглядит как черный камень. Но при ярком свете обсидиан становится немного прозрачнее. Таким образом, он не вполне «черный ящик», а скорее в той или иной степени прозрачный «ящик из обсидиана». Другими словами, у исследователя всегда есть возможность получить информацию о решаемой задаче.

Резюме

Методологии поиска уязвимости часто используют принципы аудита безопасности систем. Изучение исходного текста программ начинается с выявления потенциально небезопасных функций, например strcpy и sprintf. Другой способ заключается в тщательной построчной экспертизе исходного текста программы в соответствии с логикой ее работы. Анализ различий – еще один способ поиска уязвимостей, при котором широко применяется утилита diff. Утилита diff, сравнивая две версии программы, позволяет найти внесенные в программу исправления. При исследовании выполнимого кода программы применяются различные средства: программы трассировки, отладчики, анализаторы, а также аудит документации.

Аудит исходного текста программы предполагает поиск потенциально опасных функций и применение методологии построчного аудита. В этой главе были рассмотрены примеры, демонстрирующие переполнение буфера при использовании функций strcpy, sprintf, strcat и gets. Были рассмотрены такие ошибки проверки входных данных, как уязвимость форматирующей строки функции printf и функции open в программе, написанной на языке Perl.

Также был рассмотрен пример конкуренции программ за ресурсы и сопутствующая ей ошибка условия гонок на примере функции mktemp.

Реинжиниринг – один из наиболее часто используемых методов поиска уязвимостей в программе, исходный текст которой недоступен. Этот тип исследования проводится по методике «сверху вниз». Средства аудита в Windows можно найти на сайте sysinternals.com, а список Rosetta Stone поможет выбрать средства трассировки на различных платформах. В этой главе был рассмотрен пример трассировки команды cat сначала в среде Red Hat Linux и в Solaris 7.

Дизассемблер и отладчики позволяют исследовать выполнимый код. Дизассемблер (также известный как декомпилятор) – это программа, которая преобразует двоичный код в исходный текст программы на языке высокого уровня, но чаще всего на языке ассемблера. Отладчик – программа, которая может управлять выполнением другой программы. В этой главе был приведен пример дизассемблирования программы на платформе Windows с использованием отладчика IDA Pro, а также пример сессии отладки под управлением отладчика GDB в Linux. Также были обсуждены возможности программ objdump и nm. Программа objdump позволяет управлять объектными файлами программ, а nm — отображает содержащуюся в них символьную информацию.

«Черный ящик» – концептуальный компонент, чьи внутренние функции скрыты от пользователя. Тестирование «черного ящика» похоже на бинарный аудит. На практике к методам тестирования «черного ящика» прибегают при реинжиниринге интегральных схем. Определить предназначение чипа можно, изучив выходные сигналы чипа, а если это не поможет – вскрыв его корпус. «Черные ящики» могут различаться по степени своей прозрачности для исследователя, в зависимости от его знаний об устройстве анализируемой системы.