Противодействие анализу двоичного кода

Отсутствие исходных текстов отнюдь не является непреодолимым препятствием для изучения и модификации кода приложения. Методики обратного проектирования позволяют автоматически распознавать библиотечные функции, локальные переменные, стековые аргументы, типы данных, ветвления, циклы и т.д. В недалеком будущем дизассемблеры, вероятно, научатся генерировать листинги, близкие по внешнему виду к языкам высокого уровня.

Сегодня трудоемкость анализа двоичного кода не настолько велика, чтобы надолго остановить злоумышленников. Огромное число постоянно совершаемых взломов - лучшее тому подтверждение. В идеальном случае знание алгоритма защиты не должно влиять на ее стойкость, но это достижимо далеко не всегда. Например, если производитель серверной программы решит установить в демонстрационной версии ограничение на количество одновременно обрабатываемых соединений, злоумышленнику достаточно найти инструкцию процессора, осуществляющую такую проверку и удалить ее. Модификации программы можно воспрепятствовать постоянной проверкой контрольной суммы, но опять-таки код, который вычисляет эту контрольную сумму и сверяет ее с эталоном, можно найти и удалить.

Сколько бы уровней защиты не предусмотреть, один или миллион, программа может быть взломана - это только вопрос времени и затраченных усилий. Но в отсутствии действенных правовых регуляторов защиты интеллектуальной собственности разработчикам приходится больше полагаться на стойкость своей защиты, чем на закон. Бытует мнение, что если затраты на нейтрализацию защитного механизма будут не ниже стоимости легальной копии, ее никто не будет взламывать. Это неверно. Материальный стимул - не единственное, что движет хакером. Гораздо более сильной мотивацией оказывается интеллектуальная борьба с автором защиты, спортивный азарт, любопытство, повышение своего профессионализма, да и просто интересное времяпровождение. Многие молодые люди могут неделями корпеть над отладчиком, снимая защиту с программы стоимостью в несколько долларов, а то и вовсе распространяемой бесплатно (например, диспетчер файлов FAR для жителей России абсолютно бесплатен, но это не спасает его от взлома).

Тем не менее, есть опыт создания защит, сломать которые почти невозможно. (Точнее, их взлом потребовал бы многих тысяч, а то и миллионов лет на типичном бытовом компьютере.)

Гарантированно воспрепятствовать анализу кода позволяет только шифрование программы. Но сам процессор не может непосредственно исполнять зашифрованный код, поэтому перед передачей управления его необходимо расшифровать. Если ключ содержится внутри программы, стойкость такой защиты близка к нулю. Все, чего может добиться разработчик, - затруднить поиск и получение этого ключа, тем или иным способом препятствуя отладке и дизассемблированию программы. Другое дело, если ключ содержится вне программы. Тогда стойкость защиты определяется стойкостью используемого криптоалгоритма (конечно, при условии, что ключ перехватить невозможно). Опубликованы и детально описаны многие криптостойкие шифры, взлом которых заведомо недоступен рядовым злоумышленникам.

В общих чертах идея защиты заключается в описании алгоритма с помощью некой математической модели, одновременно с этим используемой для генерации ключа. Разные ветви программы зашифрованы различными ключами, и чтобы вычислить этот ключ, необходимо знать состояние модели на момент передачи управления соответствующей ветви программы. Код динамически расшифровывается в процессе выполнения, а чтобы расшифровать его целиком, нужно последовательно перебрать все возможные состояния модели. Если их число будет очень велико (этого нетрудно добиться), восстановить весь код станет практически невозможно.

Для реализации этой идеи был создан специальный событийно-ориентированный язык программирования, где события являются единственным средством вызова подпрограммы. Каждое событие имеет свой код, один или несколько аргументов и какое угодно количество обработчиков, а может не иметь ни одного (в последнем случае вызываемому коду возвращается ошибка).

На основе кода события и значения аргументов диспетчер событий генерирует три ключа - первый только на основе кода события, второй - только на основе аргументов, и третий на основе кода и аргументов. Затем он пытается полученными ключами последовательно расшифровать всех обработчиков событий. Если расшифровка происходит успешно, это означает, что данный обработчик готов обработать данное событие, и тогда ему передается управление.

Алгоритм шифрования должен быть выбран так, чтобы обратная операция была невозможна. При этом установить, какое событие данный обработчик обрабатывает, можно только полным перебором. Для блокирования возможности перебора в язык была введена контекстная зависимость - генерация дополнительной серии ключей, учитывающих некоторое количество предыдущих событий. Это позволило устанавливать обработчики на любые последовательности действий пользователя, например, на открытие файла с именем "Мой файл", запись в него строки "Моя строка" и переименование его в "Не мой файл".

Очевидно, перебор комбинаций всех событий со всеми возможными аргументами займет бесконечное время, а восстановить исходный код программы, защищенной таким образом, удастся не раньше, чем все ее ветви хотя бы однократно получат управление. Однако частота вызова различных ветвей не одинакова, а у некоторых и вовсе очень мала. Например, можно установить на слово "сосна", введенное в текстовом редакторе, свой обработчик, выполняющий некоторые дополнительные проверки на целостность кода программы или на лицензионную чистоту используемого ПО. Взломщик не сможет быстро выяснить, до конца ли взломана программа или нет. Ему придется провести тщательное и кропотливое тестирование, но даже после этого он не будет в этом уверен.

Таким же точно образом осуществляется ограничение срока службы демонстрационных версий. Разумеется, обращаться к часам реального времени бесполезно, их очень легко перевести назад, вводя защиту в заблуждение. Гораздо надежнее опираться на даты открываемых файлов: даже если часы переведены, созданные другими пользователями файлы в большинстве случаев имеют правильное время. Но взломщик не сможет узнать ни алгоритм определения даты, ни саму дату окончания использования продукта. Впрочем, дату в принципе можно найти и полным перебором, но что это дает? Модификации кода воспрепятствовать очень легко: достаточно, чтобы длина зашифрованного текста была чувствительна к любым изменениям исходного. В этом случае взломщик не сможет подправить "нужный" байт в защитном обработчике и вновь зашифровать его. Придется расшифровывать и вносить изменения во все остальные обработчики (при условии, что они контролируют смещение, по которому расположены), а это невозможно, поскольку соответствующие им ключи заранее неизвестны.

Существенными недостатками предлагаемого решения являются низкая производительность и высокая сложность реализации. Если со сложностью реализации можно смириться, то скорость налагает серьезные ограничения на сферу применения. Впрочем, можно значительно оптимизировать алгоритм или оставить все критичные к быстродействию модули незашифрованными (или расшифровывать каждый обработчик только один раз). Интересно другое: действительно ли эта технология позволяет создавать принципиально неизучаемые приложения или в приведенные рассуждения вкралась ошибка?

Заключение

Целесообразность защиты исходных текстов ограничивается конкурентной борьбой - при прочих равных условиях клиент всегда выбирает незащищенный продукт, даже если защита не ущемляет его прав. Сегодня спрос на программистов превышает предложение, но в отдаленном будущем тенденция изменится и разработчикам придется либо сговориться, либо полностью отказаться от защит, а специалисты по защите будут вынуждены искать себе другую работу. Это не значит, что данная статья бесполезна. Напротив, полученные знания целесообразно применять, не откладывая, пока в защите исходных текстов еще не отпала необходимость.

Литература

[1] Николай Безруков, "Разработка программ с открытыми исходниками как особый вид научных исследований"

[2] Манфред Брой, "Информатика. Основополагающее введение. Структуры систем и системное программирование. Часть III" // М.: Диалог-МИФИ, 1996

ТРИ КЛЮЧА

Три ключа необходимы для отказа от явной проверки значения аргументов, которую легко обнаружить анализирующему лицу. Например, пусть событие KEY (key_code) генерируется при каждом нажатии клавиш. Тогда обработчик, считывающий входную информацию, должен привязываться только к коду события (KEY) и получать введенный символ в виде аргумента. Если одна из клавиш или их комбинация зарезервирована для специальной цели (например, задействует некоторые дополнительные функции в программе), то ее обработчик может привязываться одновременно к коду события (KEY) и коду клавиши (key_code), не опасаясь за свое раскрытие, так как правильный ключ дает лишь единственная комбинация KEY и key_code, а явная проверка на соответствие нажатого символа секретному коду отсутствует.

Привязка к аргументам позволяет отлавливать искомые последовательности в потоке данных независимо от того, каким образом они получены. Например, ожидающая пароля MyGoodPassword процедура аутентификации не интересуется, введен ли он с клавиатуры, получен ли с удаленного терминала, загружен ли из файла и т.д. Такой подход значительно упрощает программирование и уменьшает зависимость одних модулей от других. Программа представляет собой совокупность обработчиков, автоматически коммутируемых возникающими событиями. Никакого детерминизма. Это чем-то напоминает взаимодействие биологической клетки с окружающей средой и в скором будущем может стать довольно перспективным направлением.

Защита от отладчика