Orientadores: Paulo Lício de Geus, André Ricardo Abed GrégioDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: O mundo atual é impulsionado pelo uso de sistemas computacionais, estando estes pre- sentes em todos aspectos da vida cotidiana. Portanto, o correto funcionamento destes é essencial para se assegurar a manutenção das possibilidades trazidas pelos desenvolvi- mentos tecnológicos. Contudo, garantir o correto funcionamento destes não é uma tarefa fácil, dado que indivíduos mal-intencionados tentam constantemente subvertê-los visando benefíciar a si próprios ou a terceiros. Os tipos mais comuns de subversão são os ataques por códigos maliciosos (malware), capazes de dar a um atacante controle total sobre uma máquina. O combate à ameaça trazida por malware baseia-se na análise dos artefatos coletados de forma a permitir resposta aos incidentes ocorridos e o desenvolvimento de contramedidas futuras. No entanto, atacantes têm se especializado em burlar sistemas de análise e assim manter suas operações ativas. Para este propósito, faz-se uso de uma série de técnicas denominadas de "anti-análise", capazes de impedir a inspeção direta dos códigos maliciosos. Dentre essas técnicas, destaca-se a evasão do processo de análise, na qual são empregadas exemplares capazes de detectar a presença de um sistema de análise para então esconder seu comportamento malicioso. Exemplares evasivos têm sido cada vez mais utilizados em ataques e seu impacto sobre a segurança de sistemas é considerá- vel, dado que análises antes feitas de forma automática passaram a exigir a supervisão de analistas humanos em busca de sinais de evasão, aumentando assim o custo de se manter um sistema protegido. As formas mais comuns de detecção de um ambiente de análise se dão através da detecção de: (i) código injetado, usado pelo analista para inspecionar a aplicação; (ii) máquinas virtuais, usadas em ambientes de análise por questões de escala; (iii) efeitos colaterais de execução, geralmente causados por emuladores, também usados por analistas. Para lidar com malware evasivo, analistas tem se valido de técnicas ditas transparentes, isto é, que não requerem injeção de código nem causam efeitos colaterais de execução. Um modo de se obter transparência em um processo de análise é contar com suporte do hardware. Desta forma, este trabalho versa sobre a aplicação do suporte de hardware para fins de análise de ameaças evasivas. No decorrer deste texto, apresenta-se uma avaliação das tecnologias existentes de suporte de hardware, dentre as quais máqui- nas virtuais de hardware, suporte de BIOS e monitores de performance. A avaliação crítica de tais tecnologias oferece uma base de comparação entre diferentes casos de uso. Além disso, são enumeradas lacunas de desenvolvimento existentes atualmente. Mais que isso, uma destas lacunas é preenchida neste trabalho pela proposição da expansão do uso dos monitores de performance para fins de monitoração de malware. Mais especificamente, é proposto o uso do monitor BTS para fins de construção de um tracer e um debugger. O framework proposto e desenvolvido neste trabalho é capaz, ainda, de lidar com ataques do tipo ROP, um dos mais utilizados atualmente para exploração de vulnerabilidades. A avaliação da solução demonstra que não há a introdução de efeitos colaterais, o que per- mite análises de forma transparente. Beneficiando-se desta característica, demonstramos a análise de aplicações protegidas e a identificação de técnicas de evasãoAbstract: Today¿s world is driven by the usage of computer systems, which are present in all aspects of everyday life. Therefore, the correct working of these systems is essential to ensure the maintenance of the possibilities brought about by technological developments. However, ensuring the correct working of such systems is not an easy task, as many people attempt to subvert systems working for their own benefit. The most common kind of subversion against computer systems are malware attacks, which can make an attacker to gain com- plete machine control. The fight against this kind of threat is based on analysis procedures of the collected malicious artifacts, allowing the incident response and the development of future countermeasures. However, attackers have specialized in circumventing analysis systems and thus keeping their operations active. For this purpose, they employ a series of techniques called anti-analysis, able to prevent the inspection of their malicious codes. Among these techniques, I highlight the analysis procedure evasion, that is, the usage of samples able to detect the presence of an analysis solution and then hide their malicious behavior. Evasive examples have become popular, and their impact on systems security is considerable, since automatic analysis now requires human supervision in order to find evasion signs, which significantly raises the cost of maintaining a protected system. The most common ways for detecting an analysis environment are: i) Injected code detec- tion, since injection is used by analysts to inspect applications on their way; ii) Virtual machine detection, since they are used in analysis environments due to scalability issues; iii) Execution side effects detection, usually caused by emulators, also used by analysts. To handle evasive malware, analysts have relied on the so-called transparent techniques, that is, those which do not require code injection nor cause execution side effects. A way to achieve transparency in an analysis process is to rely on hardware support. In this way, this work covers the application of the hardware support for the evasive threats analysis purpose. In the course of this text, I present an assessment of existing hardware support technologies, including hardware virtual machines, BIOS support, performance monitors and PCI cards. My critical evaluation of such technologies provides basis for comparing different usage cases. In addition, I pinpoint development gaps that currently exists. More than that, I fill one of these gaps by proposing to expand the usage of performance monitors for malware monitoring purposes. More specifically, I propose the usage of the BTS monitor for the purpose of developing a tracer and a debugger. The proposed framework is also able of dealing with ROP attacks, one of the most common used technique for remote vulnerability exploitation. The framework evaluation shows no side-effect is introduced, thus allowing transparent analysis. Making use of this capability, I demonstrate how protected applications can be inspected and how evasion techniques can be identifiedMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da ComputaçãoCAPE
