Το λογισμικό, όπως οι φυλλομετρητές διαδικτύου, οι εφαρμογές προβολής και
επεξεργασίας εγγράφων, μπορούν να επεκτείνουν την λειτουργικότητά τους
υποστηρίζοντας την εκτέλεση script σε
ένα εικονικό περιβάλλον. Για παράδειγμα, όλοι
οι φυλλομετρητές διαδικτύου υποστηρίζουν την εκτέλεση κώδικα JavaScript. Αρχικά, η
εκτέλεση γινόταν σε ένα διερμηνέα. Ωστόσο, η εκτέλεση script σε διερμηνέα έχει
μειωμένη απόδοση σε σύγκριση με την εκτέλεση κώδικα μηχανής, με αποτέλεσμα οι
εξελιγμένες μηχανές JavaScript να υποστηρίζουν πλέον παραγωγή εντολών κώδικα
μηχανής σε πραγματικό
χρόνο.
Η παραγωγή κώδικα σε πραγματικό χρόνο εισάγει νέο κώδικα στην διεργασία που
εκτελείται, ο οποίος, εκτός αν προστατευθεί κατάλληλα, μπορεί να δημιουργήσει
επιπρόσθετα ρίσκα ασφαλείας. Η προστασία αυτού του δυναμικού κώδικα είναι
περισσότερο πολύπλοκη σε σχέση με την προστασία εκτελέσιμων ή πηγαίου κώδικα.
Ενώ τα εκτελέσιμα και ο πηγαίος κώδικας μπορούν να αναλυθούν στατικά και να
εφαρμοσθούν πολύπλοκοι αλγόριθμοι, ο δυναμικός κώδικας μπορεί μόνο να αναλυθεί
κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης. Αυτό
είναι πολύ σημαντικό, καθώς ο λόγος ύπαρξης του
δυναμικού κώδικα είναι η γρηγορότερη εκτέλεση, κάτι που μπορεί να μειωθεί σημαντικά
με την εφαρμογή τέτοιων
αλγορίθμων.
Σε αυτή την εργασία, εφαρμόζουμε ενα σύνολο από προτεινόμενες αμυντικές τεχνικές
σε μία σύγχρονη μηχανή JavaScript, το ChakraCore, και μελετάμε την επίδρασή τους στην
απόδοση. Εφαρμόζουμε διαφορετικές λύσεις και με διάφορους συνδυασμούς, και
δείχνουμε πως συγκεκριμένες τεχνικές μπορούν να μειώσουν σημαντικά το κέρδος που
προσφέρει η παραγωγή κώδικα σε πραγματικό
χρόνο.
Ανάμεσα στις άμυνες που αξιολογούμε είναι το Control Flow Guard, μια καινοτόμος
υλοποίηση Control Flow Integrity από τη Microsoft, η οποία είναι διαθέσιμη
αποκλειστικά σε Windows 8.1 και Windows 10. Κυρίως επικεντρωνόμαστε στο να
επεκτείνουμε τον υπάρχοντα μηχανισμό κωδικοποίησης σταθερών κατά την παραγωγή
κώδικα, καθώς και εισάγουμε την κωδικοποίηση σταθερών που δημιουργούνται
έμμεσα, όπως για παράδειγμα αυτές που εμφανίζονται κατά την παραγωγή κώδικα σε
μπλοκ υπό συνθήκη. Ο
στόχος των αμυντικών τεχνικών που υλοποιούμε και αναλύουμε
είναι να αποτρέψουν επιθέσεις Return Oriented Programming (ROP), είτε σταματώντας
την παραβίαση της ροής εκτέλεσης του προγράμματος, είτε ανεβάζοντας τον πήχη για
τον επιτιθέμενο κατά την κατασκευή
των απαραίτητων ROP gadgets.
(EL)
Software, such as web browsers, document viewers and processors,
extend their
functionality by running scripts in a virtualized environment. For example, all web
browsers support executing JavaScript code. Initially the execution was performed using
an interpreter. However, interpreted script execution suffers in performance compared
to running native code, therefore most sophisticated engines support Just-in-Time (JIT)
compilation of bytecode to native
instructions.
JIT compilation introduces new code in the running process, which, unless correctly
hardened, can pose additional security risks. Hardening JIT code is much more
complicated compared to hardening binaries or source code. While binaries and source
code are analyzed off-line, and complex algorithms can be of use, JIT code can only be
analyzed at runtime. This
is important, since JIT compilation happens primarily for faster
execution and, thus, such complex algorithms can reduce the performance gain
significantly.
In this thesis, we apply a set of proposed hardening solutions in a state of the art
JavaScript engine, ChakraCore, and we evaluate all defenses in terms of performance. We
apply different solutions and in various combinations, and we demonstrate how certain
defenses can reduce the performance gain of the JIT engine significantly.
Among the defenses
we evaluate is Control Flow Guard, a novel Control Flow Integrity
security mitigation by Microsoft, available exclusively on Windows 8.1 and Windows 10.
Mainly, we focus on extending the existing constant blinding mechanism, as well as
introducing blinding
of implicit constants, such as those produced in code generated from
conditional blocks. The target of the mitigations that are implemented and analyzed is to
prevent Return Oriented Programming (ROP) attacks, either by stopping the initialization
of the
exploit or by raising the bar for the attacker to generate the necessary ROP gadgets.
(EN)
