3204

удаленных данных, «мусор» от выделенной, но не инициализированной памяти и т.п. Так, например, восстановить с помощью метода экспериментов форматы почтовых баз Microsoft Outlook и Lotus Notes практически невозможно;

часто входные данные программы содержат избыточную информацию, используемую для проверки их корректности. Это затрудняет подготовку входных данных для нескольких последовательных экспериментов.

Отмеченные недостатки в ряде случаев создают трудности при применении метода экспериментов с «черным ящиком». Часть из них удается преодолеть, если применять метод в комбинации с динамическим методом анализа, о чем пойдет речь далее.

Метод экспериментов редко применяется в чистом виде. Чаще этот метод применяется как дополнение к динамическому или статическому методу. Это обусловлено тем, что, как правило, восстанавливаемые алгоритмы оказываются слишком сложными для данного метода. Системы защиты, сложность алгоритмов которых позволяет ограничиться при анализе методом экспериментов, существуют, но встречаются довольно редко.

Приведем несколько типовых примеров экспериментов, позволяющих быстро получить некоторые сведения об анализируемом программном продукте.

Формат заголовков бинарного файла данных. Если программа получает входные данные в виде бинарного файла, формат его заголовков нередко удается установить, модифицируя отдельные байты в начале файла и исследуя поведение программы, получившей модифицированные входные данные. Например, если программа-архиватор показывает неверное время создания архива после изменения некоторого байта в заголовке файла с архивом, значит, этот байт входит в состав поля, содержащего время создания архива.

Наличие или отсутствие марканта в криптосистеме.

11

Проводим двукратное зашифрование одного и того же открытого текста на одном и том же ключе. Если в результате двух зашифрований получены разные шифртексты, значит, в криптографическом преобразовании используется маркант – случайно генерируемое число или строка, предназначенное для затруднения выявления в потоке зашифрованных данных одинаковых фрагментов.

Зависимость марканта, используемого криптосистемой, от текущего времени. Повторяем предыдущий эксперимент в условиях, когда с точки зрения анализируемой программы системные часы остановлены. В Windows это можно сделать, например, модифицировав машинный код функции GetTickCount в образе библиотеки kernel32.dll, загруженном в адресное пространство анализируемой программы. Если в результате двух зашифрований, проведенных в ходе настоящего эксперимента получены одинаковые шифртексты, значит, маркант, генерируемый анализируемой программой, зависит только от текущего времени.

4. Тип криптографического преобразования.

Подготавливаем два открытых текста, различающихся только одним байтом, и зашифровываем каждый из них на одном и том же ключе. Если шифртексты различаются тоже только одним байтом, значит, в программе реализован поточный шифр без обратной связи. Если различия в шифр-текстах распространяются на несколько байт, то в программе реализован блочный шифр без обратной связи. Если различия в шифртек-стах продолжаются до конца зашифрованного файла, то программа шифрует данные в режиме обратной связи.

Тип базового криптографического преобразования (поточный или блочный шифр) можно определить, варьируя позицию байта, в котором открытые тексты различаются. Если шифр блочный, то различия в шифртекстах начинают проявляться с позиции, кратной размеру блока, т.е. немного раньше той позиции, в которой различаются открытые тексты.

В настоящее время программные средства, легко

12

восстанавливаемые методом экспериментов с «черным ящиком» без привлечения других методов, встречаются редко. Поэтому для иллюстрации применения данного метода на практике мы воспользуемся устаревшей программой – архиватором ARJ версии 20. Попробуем восстановить схему шифрования архива, задаваемую командной строкой

ARJ a archive file - password - m0,

где a – команда добавить файлы в архив; archive – имя создаваемого архива; file – имя файла, добавляемого в архив; password – пароль, необходимый для последующего извлечения файла из архива.

Для упрощения дальнейшей работы будем рассматривать случай, когда архив archive не существует на момент запуска архиватора, а создается в ходе его работы. Чтобы исключить из рассмотрения алгоритмы сжатия информации, реализованные в ARJ, будем запускать архиватор с ключом -т0 – «копирование файлов в архив без сжатия информации».

Зашифровав с помощью ARJ несколько файлов на разных ключах, мы сразу обнаруживаем при визуальном просмотре полученных архивов, что файл архива включает в себя:

заголовок; зашифрованный образ файла, помещенного в архив;

последовательность из четырех байтов, одинаковую для всех архивов и служащую, по всей видимости, признаком конца архива.

Двукратное зашифрование одного и того же файла на одном и том же ключе дает совершенно разные образы файла в архиве. Следовательно, используемое криптографическое преобразование зависит от марканта.

Проведем сложение по модулю два двух образов одного и того же файла: помещенного в архив без шифрования и зашифрованного на некотором ключе. Мы получаем циклически повторяющуюся последовательность байт, как на

13

рис. 1.1. При этом период данной последовательности всегда точно совпадает с длиной пароля, использованного при шифровании.

Рис. 1.1. Результат сложения по модулю 2 открытого текста с результатом его шифрования архиватором ARJ

Сделаем третий образ того же файла, полученный зашифрованием на том же ключе, что и второй образ, но в другой момент времени. Сложим по модулю 2 каждый зашифрованный образ с оригиналом файла, а затем вычтем полученные последовательности байт одну из другой по модулю 2. Мы получаем последовательность, состоящую из одного и того же повторяющегося символа.

К этому моменту можно сделать следующие выводы: шифрование открытого текста архиватором ARJ

заключается в наложении на него по модулю 2 гаммы, период которой точно совпадает с длиной пароля;

при шифровании используется маркант длиной 1 байт; каждый байт yi имеет вид f^K) +М (mod 256), где К–

пароль, / – некоторая функция от него; М– маркант.

В следующей серии экспериментов мы легко обнаруживаем, что функция /;(Ј) есть не что иное, как Кг – i-й символ пароля.

Для полного восстановления алгоритма шифрования файлов архиватором ARJ остается лишь восстановить формат

14

заголовка архива. Это делается путем ручного изменения отдельных байт в заголовке архива и последующего наблюдения за действиями архиватора при открытии модифицированного архива. В частности, мы обнаруживаем, что маркант М хранится в заголовке архива по смещению 53 + + L, где L – длина имени заархивированного файла.

1.3. Статический метод

Статический метод заключается в восстановления алгоритма защиты посредством анализа, имеющегося в распоряжении программного обеспечения. Исполняемые файлы программы обычно состоят из заголовка, в котором содержится необходимая для работы вспомогательная информация, и последовательности исполняемых команд, записанных в машинных кодах команд процессора. В файлах программного обеспечения заключены все данные, нужные для восстановления алгоритма. Задача состоит лишь в том, чтобы найти соответствующие участки программы и перевести их на язык, понятный аналитику. В настоящее время имеется целый ряд программ анализа, которые облегчают перевод.

Основу для такого перевода составляют программы дизассемблирования – дизассемблеры, которые переводят последовательность машинных кодов в листинг, близкий к исходному тексту программы на языке ассемблера. Эффективные программы перевода на более понятные языки высокого уровня, к сожалению, отсутствуют (за исключением плагина Hex-Rays для дизассемблера IDA, появившегося в ноябре 2007 г.).

Дальнейшая работа после дизассемблирования сводится к анализу полученных листингов, поиску участков, отвечающих за защиту информации, и переводу описания процедур функционирования алгоритмов защиты на понятный аналитику язык.

Статический метод при отсутствии в программе специальных средств защиты от дизассемблирования позволяет

15

полностью восстановить алгоритмы защиты. Он дает возможность понять структуру программы, способ вызова и взаимодействия отдельных модулей. Эффективность метода не зависит от сложности самих алгоритмов защиты. Успех здесь в меньшей степени зависит от удачливости аналитика. Это – достоинства метода.

Для применения статического метода достаточно иметь в своем распоряжении программное обеспечение. Не требуется, чтобы анализируемая программа, имеющаяся у аналитика, была работоспособна. Это очень удобно в случаях, когда предметом исследований является программный комплекс, требующий дорогостоящих технических средств, которые отсутствуют у аналитика.

Статический метод позволяет использовать и дополнительную информацию, содержащуюся в программном обеспечении (имена экспортируемых функций, вызываемых библиотек динамической компоновки и т.п.), что недоступно для метода экспериментов с «черным ящиком». Статический метод в большей мере, чем другие подходы, допускает автоматизацию отдельных этапов анализа.

С другой стороны, при применении статического метода аналитик может встретиться и со значительными трудностями.

Далеко не всегда удается найти подходящую программу дизассемблирования. Для того чтобы провести дизассемблирование, надо знать, как осуществляется преобразование информации в вычислительной системе. А документация по этим вопросам для целого ряда мощных вычислительных систем, как правило, малодоступна. Положение, конечно, не является безвыходным. К любой вычислительной системе должны прилагаться программные средства, позволяющие пользователю разрабатывать собственные программы на привычных языках программирования или на модификациях этих языков. Должны прилагаться и соответствующие компиляторы, переводящие листинги программ в машинные коды соответствующей

ЭВМ. Аналитик на основе этих программ имеет

16

возможность восстановить и способы обработки информации в вычислительной системе (например, методом экспериментов с «черным ящиком»). При этом, однако, аналитику придется решать сложные и трудоемкие задачи, далеко выходящие за рамки анализа конкретной системы защиты информации.

При практической реализации алгоритмов дизассемблирования возникают следующие проблемы.

Проблема восстановления символических имен. В

программе, написанной на языке ассемблера, все переменные, метки, процедуры и сегменты имеют символические имена. При компиляции программы эти имена заменяются физическими адресами. В скомпилированном машинном коде не остается информации о символических именах, если, конечно, она специально не помещена туда для отладки или для взаимодействия с другими программами (например, динамически подгружаемые библиотеки Windows содержат таблицу имен импортируемых функций, необходимую для их импорта программами). Обычно эта проблема решается путем «придумывания» дизассемблером символических имен типа varl, label2, ргосЗ и т.д.

Проблема различения команд и данных. В

скомпилированной программе машинный код и данные отличаются друг от друга только по контексту использования. Например, машинная команда может непосредственно следовать за глобальной переменной. Если дизассемблер принимает код за данные или наоборот, текст, выдаваемый дизассемблером, становится бессмысленным.

Проблема определения границы машинной команды.

Команды машинного кода, предназначенного для выполнения на CISC-процессорах (процессоры семейств х86 и х86-64 относятся к CISC-процессорам), следуют друг за другом подряд непосредственно, без каких-либо разделителей. При выполнении кода процессор начинает считывать очередную команду с байта, непосредственно следующего за только что выполненной командой. Если дизассемблер неправильно определяет границу команды, он неправильно восстанавливает

17

эту команду и несколько команд, следующих за ней. Например, пусть мы имеем следующий машинный код:

F7 Dl 2B F9

Этот код правильно дизассемблируется следующим образом:

not есх

sub edi, есх

Если же дизассемблер решил, что граница команд пролегает между байтами F7 и D1, то этот же код будет дизассемблирован так:

shr dword ptr [ebp + edi],1 stc

Таким образом, программы дизассемблирования в своей работе могут допускать серьезные ошибки.

Дизассемблеры условно можно разделить на «глупые» (dumb) и «умные» (smart). «Глупые» дизассемблеры даже не пытаются решить вышеописанные проблемы, в результате чего результат работы дизассемблера напоминает ассемблеровский текст весьма отдаленно. В то же время «глупые» дизассемблеры преобразуют машинный код очень быстро (почти мгновенно). К «глупым» дизассемблерам относятся встроенные дизассемблеры отладчиков и антивирусных утилит, предназначенные для интерактивного просмотра небольших участков машинного кода.

Пример листинга, полученного с помощью «глупого» дизассемблера, представлен на рис. 1.2.

18

десятки раз превосходит по размерам исполняемый файл. Значительная часть программного обеспечения связана с организацией интерфейса, анализом конфигурации компьютера

иоперационной системы, распределением и загрузкой памяти

ит.п. Таким образом, большая часть программы никак не связана с защитой, и описания алгоритмов защиты (или других алгоритмов, интересующих аналитика) занимают мизерную часть программного обеспечения. Найти их в тексте программы не проще, чем иголку в стоге сена. Особую трудность составляет то обстоятельство, что отдельные, сравнительно небольшие и обозримые участки листинга мало информативны с точки зрения понимания функций, исполняемых данным участком программы. Расположены отдельные блоки программы в исполняемом файле достаточно хаотично.

Внастоящее время статический метод используется чаще всего как вспомогательный инструмент для проверки предположений о восстанавливаемых алгоритмах защиты. Большинство аналитиков отдают предпочтение описываемому далее динамическому методу. Судя по всему, роль статического метода может возрасти по мере развития средств автоматизации анализа и дальнейшего усложнения и увеличения по объему программного обеспечения анализируемых продуктов.

При практическом применении статического метода следует учитывать типовые особенности компиляции программ, изначально написанных на языках высокого уровня:

как правило, каждой функции отвечает один непрерывный уча сток листинга (впрочем, компиляторы языков С и C++, разработанные Microsoft, часто нарушают это правило);

параметры передаются функции, как правило, через стек. В большинстве программ, написанных на C/C++ для операционной системы Windows, вызов

Function (а, Ь, с);

компилируется в машинные команды вида

20