Analyzing the Unanalyzable: an Application to Android Apps

In general, software is unreliable. Its behavior can deviate from users’ expectations because of bugs, vulnerabilities, or even malicious code. Manually vetting software is a challenging, tedious, and highly-costly task that does not scale. To alleviate excessive costs and analysts’ burdens, automated static analysis techniques have been proposed by both the research and practitioner communities making static analysis a central topic in software engineering. In the meantime, mobile apps have considerably grown in importance. Today, most humans carry software in their pockets, with the Android operating system leading the market. Millions of apps have been proposed to the public so far, targeting a wide range of activities such as games, health, banking, GPS, etc. Hence, Android apps collect and manipulate a considerable amount of sensitive information, which puts users’ security and privacy at risk. Consequently, it is paramount to ensure that apps distributed through public channels (e.g., the Google Play) are free from malicious code. Hence, the research and practitioner communities have put much effort into devising new automated techniques to vet Android apps against malicious activities over the last decade. Analyzing Android apps is, however, challenging. On the one hand, the Android framework proposes constructs that can be used to evade dynamic analysis by triggering the malicious code only under certain circumstances, e.g., if the device is not an emulator and is currently connected to power. Hence, dynamic analyses can -easily- be fooled by malicious developers by making some code fragments difficult to reach. On the other hand, static analyses are challenged by Android-specific constructs that limit the coverage of off-the-shell static analyzers. The research community has already addressed some of these constructs, including inter-component communication or lifecycle methods. However, other constructs, such as implicit calls (i.e., when the Android framework asynchronously triggers a method in the app code), make some app code fragments unreachable to the static analyzers, while these fragments are executed when the app is run. Altogether, many apps’ code parts are unanalyzable: they are either not reachable by dynamic analyses or not covered by static analyzers. In this manuscript, we describe our contributions to the research effort from two angles: ① statically detecting malicious code that is difficult to access to dynamic analyzers because they are triggered under specific circumstances; and ② statically analyzing code not accessible to existing static analyzers to improve the comprehensiveness of app analyses. More precisely, in Part I, we first present a replication study of a state-of-the-art static logic bomb detector to better show its limitations. We then introduce a novel hybrid approach for detecting suspicious hidden sensitive operations towards triaging logic bombs. We finally detail the construction of a dataset of Android apps automatically infected with logic bombs. In Part II, we present our work to improve the comprehensiveness of Android apps’ static analysis. More specifically, we first show how we contributed to account for atypical inter-component communication in Android apps. Then, we present a novel approach to unify both the bytecode and native in Android apps to account for the multi-language trend in app development. Finally, we present our work to resolve conditional implicit calls in Android apps to improve static and dynamic analyzers

Mining structural and behavioral patterns in smart malware

Mención Internacional en el título de doctorFuncas. Premio Enrique Fuentes Quintana 2016.Smart devices equipped with powerful sensing, computing and networking capabilities have proliferated lately, ranging from popular smartphones and tablets to Internet appliances, smart TVs, and others that will soon appear (e.g., watches, glasses, and clothes). One key feature of such devices is their ability to incorporate third-party apps from a variety of markets. This poses strong security and privacy issues to users and infrastructure operators, particularly through software of malicious (or dubious) nature that can easily get access to the services provided by the device and collect sensory data and personal information. Malware in current smart devices—mostly smartphones and tablets—has rocketed in the last few years, supported by sophisticated techniques (e.g., advanced obfuscation and targeted infection and activation engines) purposely designed to overcome security architectures currently in use by such devices. This phenomenon is known as the proliferation of smart malware. Even though important advances have been made on malware analysis and detection in traditional personal computers during the last decades, adopting and adapting those techniques to smart devices is a challenging problem. For example, power consumption is one major constraint that makes unaffordable to run traditional detection engines on the device, while externalized (i.e., cloud-based) techniques raise many privacy concerns. This Thesis examines the problem of smart malware in such devices, aiming at designing and developing new approaches to assist security analysts and end users in the analysis of the security nature of apps. We first present a comprehensive analysis on how malware has evolved over the last years, as well as recent progress made to analyze and detect malware. Additionally, we compile a suit of the most cutting-edge open source tools, and we design a versatile and multipurpose research laboratory for smart malware analysis and detection. Second, we propose a number of methods and techniques aiming at better analyzing smart malware in scenarios with a constant and large stream of apps that require security inspection. More precisely, we introduce Dendroid, an effective system based on text mining and information retrieval techniques. Dendroid uses static analysis to measures the similarity between malware samples, which is then used to automatically classify them into families with remarkably accuracy. Then, we present Alterdroid, a novel dynamic analysis technique for automatically detecting hidden or obfuscated malware functionality. Alterdroid introduces the notion of differential fault analysis for effectively mining obfuscated malware components distributed as parts of an app package. Next, we present an evaluation of the power-consumption trade-offs among different strategies for off-loading, or not, certain security tasks to the cloud. We develop a system for testing several functional tasks and metering their power consumption called Meterdroid. Based on the results obtained in this analysis, we then propose a cloud-based system, called Targetdroid, that addresses the problem of detecting targeted malware by relying on stochastic models of usage and context events derived from real user traces. Based on these models, we build an efficient automatic testing system capable of triggering targeted malware. Finally, based on the conclusions extracted from this Thesis, we propose a number of open research problems and future directions where there is room for researchLos dispositivos inteligentes se han posicionado en pocos años como aparatos altamente populares con grandes capacidades de cómputo, comunicación y sensorización. Entre ellos se encuentran dispositivos como los teléfonos móviles inteligentes (o smartphones), las televisiones inteligentes, o más recientemente, los relojes, las gafas y la ropa inteligente. Una característica clave de este tipo de dispositivos es su capacidad para incorporar aplicaciones de terceros desde una gran variedad de mercados. Esto plantea fuertes problemas de seguridad y privacidad para sus usuarios y para los operadores de infraestructuras, sobre todo a través de software de naturaleza maliciosa (o malware), el cual es capaz de acceder fácilmente a los servicios proporcionados por el dispositivo y recoger datos sensibles de los sensores e información personal. En los últimos años se ha observado un incremento radical del malware atacando a estos dispositivos inteligentes—principalmente a smartphones—y apoyado por sofisticadas técnicas diseñadas para vencer los sistemas de seguridad implantados por los dispositivos. Este fenómeno ha dado pie a la proliferación de malware inteligente. Algunos ejemplos de estas técnicas inteligentes son el uso de métodos de ofuscación, de estrategias de infección dirigidas y de motores de activación basados en el contexto. A pesar de que en las últimos décadas se han realizado avances importantes en el análisis y la detección de malware en los ordenadores personales, adaptar y portar estas técnicas a los dispositivos inteligentes es un problema difícil de resolver. En concreto, el consumo de energía es una de las principales limitaciones a las que están expuestos estos dispositivos. Dicha limitación hace inasequible el uso de motores tradicionales de detección. Por el contrario, el uso de estrategias de detección externalizadas (es decir, basadas en la nube) suponen una gran amenaza para la privacidad de sus usuarios. Esta tesis analiza el problema del malware inteligente que adolece a estos dispositivos, con el objetivo de diseñar y desarrollar nuevos enfoques que permitan ayudar a los analistas de seguridad y los usuarios finales en la tarea de analizar aplicaciones. En primer lugar, se presenta un análisis exhaustivo sobre la evolución que el malware ha seguido en los últimos años, así como los avances más recientes enfocados a analizar apps y detectar malware. Además, integramos y extendemos las herramientas de código abierto más avanzadas utilizadas por la comunidad, y diseñamos un laboratorio que permite analizar malware inteligente de forma versátil y polivalente. En segundo lugar, se proponen una serie de técnicas dirigida a mejorar el análisis de malware inteligente en escenarios dónde se requiere analizar importantes cantidad de muestras. En concreto, se propone Dendroid, un sistema basado en minería de textos que permite analizar conjuntos de apps de forma eficaz. Dendroid hace uso de análisis estático de código para extraer una medida de la similitud entre distintas las muestras de malware. Dicha distancia permitirá posteriormente clasificar cada muestra en su correspondiente familia de malware de forma automática y con gran precisión. Por otro lado, se propone una técnica de análisis dinámico de código, llamada Alterdroid, que permite detectar automáticamente funcionalidad oculta y/o ofuscada. Alterdroid introduce la un nuevo método de análisis basado en la inyección de fallos y el análisis diferencial del comportamiento asociado. Por último, presentamos una evaluación del consumo energético asociado a diferentes estrategias de externalización usadas para trasladar a la nube determinadas tareas de seguridad. Para ello, desarrollamos un sistema llamado Meterdroid que permite probar distintas funcionalidades y medir su consumo. Basados en los resultados de este análisis, proponemos un sistema llamado Targetdroid que hace uso de la nube para abordar el problema de la detección de malware dirigido o especializado. Dicho sistema hace uso de modelos estocásticos para modelar el comportamiento del usuario así como el contexto que les rodea. De esta forma, Targetdroid permite, además, detectar de forma automática malware dirigido por medio de estos modelos. Para finalizar, a partir de las conclusiones extraídas en esta Tesis, identificamos una serie de líneas de investigación abiertas y trabajos futuros basados.Programa Oficial de Doctorado en Ciencia y Tecnología InformáticaPresidente: Francisco Javier López Muñoz.- Secretario: Jesús García Herrero.- Vocal: Nadarajah Asoka

Systematic Approaches for Telemedicine and Data Coordination for COVID-19 in Baja California, Mexico

Conference proceedings info: ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologies Raleigh, HI, United States, March 24-26, 2023 Pages 529-542We provide a model for systematic implementation of telemedicine within a large evaluation center for COVID-19 in the area of Baja California, Mexico. Our model is based on human-centric design factors and cross disciplinary collaborations for scalable data-driven enablement of smartphone, cellular, and video Teleconsul-tation technologies to link hospitals, clinics, and emergency medical services for point-of-care assessments of COVID testing, and for subsequent treatment and quar-antine decisions. A multidisciplinary team was rapidly created, in cooperation with different institutions, including: the Autonomous University of Baja California, the Ministry of Health, the Command, Communication and Computer Control Center of the Ministry of the State of Baja California (C4), Colleges of Medicine, and the College of Psychologists. Our objective is to provide information to the public and to evaluate COVID-19 in real time and to track, regional, municipal, and state-wide data in real time that informs supply chains and resource allocation with the anticipation of a surge in COVID-19 cases. RESUMEN Proporcionamos un modelo para la implementación sistemática de la telemedicina dentro de un gran centro de evaluación de COVID-19 en el área de Baja California, México. Nuestro modelo se basa en factores de diseño centrados en el ser humano y colaboraciones interdisciplinarias para la habilitación escalable basada en datos de tecnologías de teleconsulta de teléfonos inteligentes, celulares y video para vincular hospitales, clínicas y servicios médicos de emergencia para evaluaciones de COVID en el punto de atención. pruebas, y para el tratamiento posterior y decisiones de cuarentena. Rápidamente se creó un equipo multidisciplinario, en cooperación con diferentes instituciones, entre ellas: la Universidad Autónoma de Baja California, la Secretaría de Salud, el Centro de Comando, Comunicaciones y Control Informático. de la Secretaría del Estado de Baja California (C4), Facultades de Medicina y Colegio de Psicólogos. Nuestro objetivo es proporcionar información al público y evaluar COVID-19 en tiempo real y rastrear datos regionales, municipales y estatales en tiempo real que informan las cadenas de suministro y la asignación de recursos con la anticipación de un aumento de COVID-19. 19 casos.ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologieshttps://doi.org/10.1007/978-981-99-3236-

Enabling technologies and cyber-physical systems for mission-critical scenarios

Programa Oficial de Doutoramento en Tecnoloxías da Información e Comunicacións en Redes Móbiles . 5029P01[Abstract] Reliable transport systems, defense, public safety and quality assurance in the Industry 4.0 are essential in a modern society. In a mission-critical scenario, a mission failure would jeopardize human lives and put at risk some other assets whose impairment or loss would significantly harm society or business results. Even small degradations of the communications supporting the mission could have large and possibly dire consequences. On the one hand, mission-critical organizations wish to utilize the most modern, disruptive and innovative communication systems and technologies, and yet, on the other hand, need to comply with strict requirements, which are very different to those of non critical scenarios. The aim of this thesis is to assess the feasibility of applying emerging technologies like Internet of Things (IoT), Cyber-Physical Systems (CPS) and 4G broadband communications in mission-critical scenarios along three key critical infrastructure sectors: transportation, defense and public safety, and shipbuilding. Regarding the transport sector, this thesis provides an understanding of the progress of communications technologies used for railways since the implantation of Global System for Mobile communications-Railways (GSM-R). The aim of this work is to envision the potential contribution of Long Term Evolution (LTE) to provide additional features that GSM-R would never support. Furthermore, the ability of Industrial IoT for revolutionizing the railway industry and confront today's challenges is presented. Moreover, a detailed review of the most common flaws found in Radio Frequency IDentification (RFID) based IoT systems is presented, including the latest attacks described in the literature. As a result, a novel methodology for auditing security and reverse engineering RFID communications in transport applications is introduced. The second sector selected is driven by new operational needs and the challenges that arise from modern military deployments. The strategic advantages of 4G broadband technologies massively deployed in civil scenarios are examined. Furthermore, this thesis analyzes the great potential for applying IoT technologies to revolutionize modern warfare and provide benefits similar to those in industry. It identifies scenarios where defense and public safety could leverage better commercial IoT capabilities to deliver greater survivability to the warfighter or first responders, while reducing costs and increasing operation efficiency and effectiveness. The last part is devoted to the shipbuilding industry. After defining the novel concept of Shipyard 4.0, how a shipyard pipe workshop works and what are the requirements for building a smart pipe system are described in detail. Furthermore, the foundations for enabling an affordable CPS for Shipyards 4.0 are presented. The CPS proposed consists of a network of beacons that continuously collect information about the location of the pipes. Its design allows shipyards to obtain more information on the pipes and to make better use of it. Moreover, it is indicated how to build a positioning system from scratch in an environment as harsh in terms of communications as a shipyard, showing an example of its architecture and implementation.[Resumen] En la sociedad moderna, los sistemas de transporte fiables, la defensa, la seguridad pública y el control de la calidad en la Industria 4.0 son esenciales. En un escenario de misión crítica, el fracaso de una misión pone en peligro vidas humanas y en riesgo otros activos cuyo deterioro o pérdida perjudicaría significativamente a la sociedad o a los resultados de una empresa. Incluso pequeñas degradaciones en las comunicaciones que apoyan la misión podrían tener importantes y posiblemente terribles consecuencias. Por un lado, las organizaciones de misión crítica desean utilizar los sistemas y tecnologías de comunicación más modernos, disruptivos e innovadores y, sin embargo, deben cumplir requisitos estrictos que son muy diferentes a los relativos a escenarios no críticos. El objetivo principal de esta tesis es evaluar la viabilidad de aplicar tecnologías emergentes como Internet of Things (IoT), Cyber-Physical Systems (CPS) y comunicaciones de banda ancha 4G en escenarios de misión crítica en tres sectores clave de infraestructura crítica: transporte, defensa y seguridad pública, y construcción naval. Respecto al sector del transporte, esta tesis permite comprender el progreso de las tecnologías de comunicación en el ámbito ferroviario desde la implantación de Global System for Mobile communications-Railway (GSM-R). El objetivo de este trabajo es analizar la contribución potencial de Long Term Evolution (LTE) para proporcionar características adicionales que GSM-R nunca podría soportar. Además, se presenta la capacidad de la IoT industrial para revolucionar la industria ferroviaria y afrontar los retos actuales. Asimismo, se estudian con detalle las vulnerabilidades más comunes de los sistemas IoT basados en Radio Frequency IDentification (RFID), incluyendo los últimos ataques descritos en la literatura. Como resultado, se presenta una metodología innovadora para realizar auditorías de seguridad e ingeniería inversa de las comunicaciones RFID en aplicaciones de transporte. El segundo sector elegido viene impulsado por las nuevas necesidades operacionales y los desafíos que surgen de los despliegues militares modernos. Para afrontarlos, se analizan las ventajas estratégicas de las tecnologías de banda ancha 4G masivamente desplegadas en escenarios civiles. Asimismo, esta tesis analiza el gran potencial de aplicación de las tecnologías IoT para revolucionar la guerra moderna y proporcionar beneficios similares a los alcanzados por la industria. Se identifican escenarios en los que la defensa y la seguridad pública podrían aprovechar mejor las capacidades comerciales de IoT para ofrecer una mayor capacidad de supervivencia al combatiente o a los servicios de emergencias, a la vez que reduce los costes y aumenta la eficiencia y efectividad de las operaciones. La última parte se dedica a la industria de construcción naval. Después de definir el novedoso concepto de Astillero 4.0, se describe en detalle cómo funciona el taller de tubería de astillero y cuáles son los requisitos para construir un sistema de tuberías inteligentes. Además, se presentan los fundamentos para posibilitar un CPS asequible para Astilleros 4.0. El CPS propuesto consiste en una red de balizas que continuamente recogen información sobre la ubicación de las tuberías. Su diseño permite a los astilleros obtener más información sobre las tuberías y hacer un mejor uso de las mismas. Asimismo, se indica cómo construir un sistema de posicionamiento desde cero en un entorno tan hostil en términos de comunicaciones, mostrando un ejemplo de su arquitectura e implementación

Proceedings of the X Iberoamerican Conference on Applications and Usability of Interactive TV jAUTI2021

The X Ibero-American Conference on Applications and Usability of TVDI jAUTI 2021 is an organization of the Department of Electricity, Electronics and Telecommunications and the WiCOM-Energy Research Group of the University of the Armed Forces ESPE together with RedAUTI (Thematic Network on Applications and Usability of Interactive Digital Television). This year's edition was held from December 2 to 3, 2021 in the city of Sangolquí, Ecuador, taking place online. This book brings together 18 works presented on the design, development and experiences of applications for interactive digital television and related technologies (IPTV, Smart TV, Connected TV, and Web TV).La X Conferencia Iberoamericana de Aplicaciones y Usabilidad de la TVDI jAUTI 2021 es una organización del Departamento de Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones y el Grupo de Investigación WiCOM-Energy de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE junto con la RedAUTI (Red temática en Aplicaciones y Usabilidad de Televisión Digital Interactiva). La edición de este año se realizó del 2 al 3 de diciembre de 2021 en la ciudad de Sangolquí, Ecuador, llevándose a cabo en modalidad online. Este libro reúne 18 trabajos presentados sobre el diseño, desarrollo y experiencias sobre aplicaciones para televisión digital interactiva y tecnologías relacionadas (IPTV, Smart TV, Connected TV, and Web TV).A X Conferência Ibero-Americana de Aplicações e Usabilidade da TVDI jAUTI 2021 é uma organização do Departamento de Eletricidade, Eletrônica e Telecomunicações e do Grupo de Pesquisa WiCOM-Energy da Universidade das Forças Armadas ESPE juntamente com a RedAUTI (Rede Temática sobre Aplicações e Usabilidade da Televisão Digital Interativa). A edição deste ano foi realizada de 2 a 3 de dezembro de 2021 na cidade de Sangolquí, Equador, online. Este livro reúne 18 trabalhos apresentados sobre design, desenvolvimento e experiências em aplicativos para televisão digital interativa e tecnologias relacionadas (IPTV, Smart TV, Connected TV e Web TV).RedAUT