Обфускация, как один из методов защиты программ

В большинстве случаев для обхода защиты, взломщику требуется изучить принцип работы ее кода, и то, как она взаимодействует с самой защищаемой программой, этот процесс изучения называется процессом реверсивной (обратной) инженерии. Этот процесс часто зависит от свойств человеческой психики, поэтому использование этих свойств позволяет снизить эффективность самого процесса реверсивной инженерии.

Обфускация ("obfuscation" - запутывание), это один из методов защиты программного кода, который позволяет усложнить процесс реверсивной инженерии кода защищаемого программного продукта.

Обфускация может применяться не только для защиты ПП, она имеет более широкое применение, например она, может быть использована создателями вирусов, для защиты их творений и т.д.

Суть процесса обфускации заключается в том, чтобы запутать программный код и устранить большинство логических связей в нем, то есть трансформировать его так, чтобы он был очень труден для изучения и модификации посторонними лицами (будь то взломщики, или программисты которые собираются узнать уникальный алгоритм работы защищаемой программы).

Из этого следует, что обфускация одна не предназначена для обеспечения наиболее полной и эффективной защиты программных продуктов, так как она не предоставляет возможности предотвращения нелегального использования программного продукта. Поэтому обфускацию обычно используют вместе с одним из существующих методов защиты (шифрование программного кода и т.д.), это позволяет значительно повысить уровень защиты ПП.

Процесс обфускации как метод зашиты, можно считать сравнительно новым (первые статьи, посвященные обфускации, как методу защиты кода программных продуктов, появились примерно три-четыре года назад), и перспективным.

Обфускация соответствует принципу экономической целесообразности, так как ее использование не сильно, увеличивает стоимость программного продукта, и позволяет при этом снизить потери от пиратства, и уменьшить возможность плагиата в результате кражи уникального алгоритма работы защищаемого программного продукта.

Процесс обфускации

Существуют различные определения процесса обфускации. Рассматривая данный процесс с точки зрения защиты ПП, и трансформации кода программы без возможности в последствии вернуться к его первоначальному виду (трансформация "в одну сторону"), можно дать такое определение: Пусть "TR" будет трансформирующим процессом, тогда при "PR1 =TR=> PR2" программа "PR2" будет представлять собой трансформированный код программы "PR1". Процесс трансформации "TR" будет считаться процессом обфускации если, будут удовлетворены такие требования:

- код программы "PR2" в результате трансформации будет существенно отличаться от кода программы "PR1", но при этом он будет выполнять те же функции что и код программы "PR1", а также будет работоспособным.

- изучение принципа работы, то есть процесс реверсивной инженерии, программы "PR2" будет более сложным, трудоемким, и будет занимать больше времени, чем программы "PR1".

- при каждом процессе трансформации одного и того же кода программы "PR1", код программ "PR2" будут различны.

- создание программы детрансформирующей программу "PR2" в ее наиболее похожий первоначальный вид, будет неэффективно.

Так как код, получаемый после осуществления обфускации, над одной и той же программой, разный то процесс обфускации можно использовать для быстрой локализации нарушителей авторских прав (то есть тех покупателей, которые будут заниматься нелегальным распространением купленных копий программ). Для этого определяют контрольную сумму каждой копии программы прошедшей обфускацию, и записывают ее вместе с информацией о покупателе, в соответствующую базу данных. После этого для определения нарушителя, достаточно будет, определив контрольную сумму нелегальной копии программы, сопоставить ее с информацией хранящейся в базе данных.

Программный код может быть представлен в двоичном виде (последовательность байтов представляющих собой так называемый машинный код, который получается после компиляции исходного кода программы) или исходном виде (текст содержащий последовательность инструкций какого-то языка программирования, который понятен человеку, этот текст в последствии будет подвержен компиляции или интерпретации на компьютере пользователя).

Процесс обфускации может быть осуществлен над любым из выше перечисленных видов представления программного кода, поэтому принято выделять следующие уровни процесса обфускации:

- низший уровень, когда процесс обфускации осуществляется над ассемблерным кодом программы, или даже непосредственно над двоичным файлом программы хранящим машинный код.

- высший уровень, когда процесс обфускации осуществляется над исходным кодом программы написанном на языке высокого уровня.

Осуществление обфускации на низшем уровне считается менее комплексным процессом, но при этом более трудно реализуемым по ряду причин. Одна из этих причин заключается в том, что должны быть учтены особенности работы большинства процессоров, так как способ обфускации, приемлемый на одной архитектуре, может оказаться неприемлемым на другой.

Большинство существующих алгоритмов и методов обфускации (включая те которые будут рассмотрены ниже) могут быть применены для осуществления процесса обфускации как на низшем, так и на высшем уровне.

Также иногда может быть неэффективно, подвергать обфускации весь код программы (например, из-за того, что в результате может значительно снизится время выполнения программы), в таких случаях целесообразно осуществлять обфускацию только наиболее важных участков кода.

Далее в тексте употребляются такие понятия: Исходная программа - защищаемая программа, подвергающаяся процессу обфускации. Злоумышленник - личность, занимающаяся изучением алгоритма работы исходной программы (реверсивной инженерией), для каких либо своих корыстных целей. Объект - имя какого-то хранилища данных, например переменной, массива и т.д.

Оценка процесса обфускации

Существует много методов определения эффективности применения того или иного процесса обфускации, к конкретному программному коду.

Эти методы принято разделять на две группы: аналитические и эмпирические. Аналитические методы основываются на трех величинах характеризующих насколько эффективен тот или иной процесс обфускации:

- Устойчивость - указывает на степень сложности осуществления реверсивной инженерии над кодом прошедшим процесс обфускации.

- Эластичность - указывает на то насколько хорошо данный процесс обфускации, защитит программный код от применения деобфускаторов.

- Стоимость преобразования - позволяет оценить, насколько больше требуется системных ресурсов для выполнения кода прошедшего процесс обфускации, чем для выполнения оригинального кода программы.

Их наиболее эффективно применять при сравнении различных алгоритмов обфускации, но при этом они не могут дать абсолютного ответа на вопрос насколько эффективно применение того или иного алгоритма, именно к данному программному коду.

Эмпирические же методы могут дать приемлемый ответ на такой вопрос, т.к. они основываются на статистических данных получаемых в результате исследований. Для проведения одного из таких исследований нужна группа людей (как можно лучше знакомых, с реверсивной инженерией), фрагмент кода защищаемой программы, и набор различных алгоритмов обфускации.

Результаты такого исследования будут включать в себя минимальное количество времени, которое потребовалось группе людей, для того чтобы изучить каждый фрагмент кода прошедшего один из алгоритмов обфускации.