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4TaintDroid
TaintDroid是一個(gè)多粒度Android的污點(diǎn)跟蹤方法。TaintDroid使用變量級(jí)的跟蹤VM解釋器。多個(gè)污點(diǎn)標(biāo)記被存儲(chǔ)為一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)簽。當(dāng)應(yīng)用程序執(zhí)行本地方法的時(shí)候，各種的污點(diǎn)標(biāo)記被作為返回值返回。最后，最后污點(diǎn)標(biāo)記被分配給包通過Binder機(jī)制進(jìn)行傳播。注意在技術(shù)報(bào)告中對(duì)于這部分執(zhí)行細(xì)節(jié)有更詳細(xì)的解釋。
圖 2描述了TaintDroid的系統(tǒng)架構(gòu)。信息被標(biāo)記為可信任的應(yīng)用程序當(dāng)有充足的上下文時(shí)。污點(diǎn)接口調(diào)用了本地的方法和Dalvik虛擬機(jī)進(jìn)行交互，存儲(chǔ)精確的污點(diǎn)標(biāo)記在虛擬的污點(diǎn)集中。Dalvik VM傳播污點(diǎn)標(biāo)簽根據(jù)數(shù)據(jù)流規(guī)則作為可信任的應(yīng)用程序使用污點(diǎn)信息。每一個(gè)的解釋器實(shí)例同時(shí)傳播污點(diǎn)標(biāo)記。當(dāng)可信任的APP使用污點(diǎn)信息在IPC中進(jìn)行傳播，修改后的Binder庫確保了包裹有污點(diǎn)標(biāo)記反射出合并后的污點(diǎn)標(biāo)記包含了所有的數(shù)據(jù)。包裹傳輸完全通過內(nèi)核并且被遠(yuǎn)程的不可信任程序接受。注意僅有解釋代碼是不可信的。修改后的Binder庫檢索來自包的污點(diǎn)標(biāo)記并將它分配給所有的值從其中讀取。Dalvik VM實(shí)例的遠(yuǎn)程傳播將完全相同的污點(diǎn)標(biāo)記為不可信應(yīng)用程序。當(dāng)不可信任的應(yīng)用程序調(diào)用調(diào)用一個(gè)特定的程序作為一個(gè)污點(diǎn)池。e.g.網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，庫來檢索污點(diǎn)標(biāo)記數(shù)據(jù)問題并且報(bào)告事件。
執(zhí)行這個(gè)架構(gòu)需要解決幾個(gè)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)：
a) 污點(diǎn)的存儲(chǔ)
b) 解釋代碼污點(diǎn)傳播
c) 原生代碼污點(diǎn)傳播
d) IPC污點(diǎn)傳播
e) 二級(jí)存儲(chǔ)污染
剩余的部分將會(huì)描述我們的設(shè)計(jì)。
4.1 污點(diǎn)標(biāo)記存儲(chǔ)
對(duì)于怎樣選擇存儲(chǔ)標(biāo)記直接影響了執(zhí)行和存儲(chǔ)的效率。動(dòng)態(tài)污點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)通常存儲(chǔ)每個(gè)字節(jié)或標(biāo)簽。跟蹤內(nèi)存是結(jié)構(gòu)化的，沒有內(nèi)容的語義。常用的污點(diǎn)標(biāo)記被存儲(chǔ)在不相鄰的單元和標(biāo)記地圖上。TaintDroid使用了解釋器里的語義變量。我們存儲(chǔ)相鄰的污點(diǎn)標(biāo)記在內(nèi)存當(dāng)中，提供空間位置。
Dalvik有五種類型的變量要求存儲(chǔ)：局部方法變量，方法的參數(shù)，類的靜態(tài)變量，類實(shí)例的字段值和數(shù)組。在所有的情況下，我們存儲(chǔ)了一個(gè)32位的位向量對(duì)于每一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)記每個(gè)變量進(jìn)行編碼，允許存儲(chǔ)32種不同的污點(diǎn)標(biāo)記。
Dalvik存儲(chǔ)方法的本地變量值還有參數(shù)在內(nèi)部棧。當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用一個(gè)方法的時(shí)候，一個(gè)新的堆棧幀分配給所有的局部變量。方法參數(shù)的傳遞也通過內(nèi)部棧。在調(diào)用方法之前，被調(diào)用的函數(shù)的參數(shù)的地方在堆棧的頂部，這樣它們成為了高編號(hào)被登記在被調(diào)用的函數(shù)的堆棧幀。我們給污點(diǎn)存儲(chǔ)分配增加一倍大小的存儲(chǔ)空間。污點(diǎn)標(biāo)簽值之間的交叉例如寄存器Vi最初訪問的變量是fp[i]當(dāng)被修改之后訪問的是fp[2·i]。注意Dalvik存儲(chǔ)一個(gè)64位的變量是通過兩個(gè)相鄰的32位內(nèi)部寄存器完成的。然而字節(jié)碼解釋這些相鄰的寄存器作為一個(gè)單獨(dú)的64位的值，解釋器管理這些寄存器作為單獨(dú)的值。因此，我們對(duì)棧的修改是透明的并且檢索64位的值對(duì)于分開的寄存器。最后，本機(jī)方法的目標(biāo)要求一個(gè)稍微不同的堆?？蚣鼙闶腔谝陨显颉?/p>
圖3修改后的棧的格式
污點(diǎn)標(biāo)記是交錯(cuò)在寄存器之間的來解釋方法目標(biāo)和附加的本地方法。深灰色的盒子代表的是污點(diǎn)標(biāo)記。
詳細(xì)的討論在4.3節(jié)。修改的棧格式如圖 3所示。
污點(diǎn)標(biāo)記存儲(chǔ)在相鄰的類字段和數(shù)組在VM解釋器的內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。為了使存儲(chǔ)開銷最小化TaintDroid存儲(chǔ)的僅僅是每個(gè)數(shù)組的一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)簽。對(duì)于Java字符串對(duì)象來說每個(gè)污染值的存儲(chǔ)是極其低效的。作為所有的特征都有相同的標(biāo)簽。不幸的是，對(duì)于每個(gè)數(shù)組只存儲(chǔ)一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)簽可能導(dǎo)致假陽性污染傳播。例如，如果一個(gè)沒有被標(biāo)記污點(diǎn)的值u存儲(chǔ)的數(shù)組A下標(biāo)索引為0（A[0]）的位置并且污點(diǎn)變量t存儲(chǔ)在A[1],此時(shí)數(shù)組A是被標(biāo)記為污染的。之后，如果變量v被分配給A[0],v將會(huì)被標(biāo)記，即使u是未被標(biāo)記的。不幸的是，Java頻繁的使用對(duì)象，并且對(duì)象之間的引用是被頻繁的標(biāo)記的（見4.2節(jié)），因此編碼實(shí)踐將會(huì)呈現(xiàn)出更少的假陽性。
4.2 解釋代碼污染傳播
污點(diǎn)跟蹤的粒度和流的語義直接影響了性能和準(zhǔn)確性。TaintDroid執(zhí)行變量級(jí)的污點(diǎn)跟蹤使用了Dalvik VM解釋器。變量提供有價(jià)值的語義污點(diǎn)傳播，從標(biāo)量值區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)指針。TaintDroid最原始的跟蹤是基本類型變量（e.g.int，float，etc）;但是，在一些情況下對(duì)象的引用必須成為受污染的以確保污點(diǎn)傳播的正確性；這一節(jié)描述了為什么這些例子是存在的。但是，首先我們呈現(xiàn)出污點(diǎn)跟蹤在Dalvik機(jī)器語言是作為正常的邏輯。
4.2.1污點(diǎn)傳播邏輯
Dalvik VM運(yùn)行唯一的DEX機(jī)器語言指令集，因此我們必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的傳播邏輯。我們使用了數(shù)據(jù)流邏輯，作為跟蹤隱式流要求的靜態(tài)分析和引起顯著的
性能開銷和高估的跟蹤（見第8節(jié)）。我們開始定義了污點(diǎn)標(biāo)記，污點(diǎn)標(biāo)簽，變量以及污點(diǎn)傳播。我們呈現(xiàn)了我們對(duì)于DEX的邏輯。
設(shè)集合L是對(duì)一個(gè)特定集合的一般情況下的污點(diǎn)標(biāo)記。一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)記是這個(gè)集合中的一個(gè)元素，t L。每一個(gè)變量都有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的污點(diǎn)標(biāo)記。一個(gè)變量是在4.1節(jié)中描述的5個(gè)類型中的一種。對(duì)于每一種類型我們采用了不同的表示。局部變量和參數(shù)變量我們對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的虛擬寄存器，使用VX。類的字段變量我們使用fx來表示用X來表示類的下標(biāo)。字段的實(shí)例要有一個(gè)對(duì)象的實(shí)例來指示被標(biāo)記為Vy(fx),其中Vy是實(shí)例對(duì)象的引用（包括對(duì)象的直接引用和間接引用），靜態(tài)字段也是用fx來標(biāo)記，速記為S(fx),其中S()表示的是靜態(tài)的取值范圍。最終，Vx[·]代表的是一個(gè)數(shù)組，Vx代表的是數(shù)組變量的引用。
我們的污點(diǎn)函數(shù)集使用的是τ(·)。τ(v)返回的是污點(diǎn)標(biāo)記變量。檢索和復(fù)制是不同我們使用符號(hào)←來區(qū)分。當(dāng)τ(v)出現(xiàn)在←的右邊表示的是檢索污點(diǎn)標(biāo)記的變量值v。當(dāng)τ(v)出現(xiàn)在←的左邊表示的對(duì)變量值v賦值。例如，τ(v1)← τ (v2)將污點(diǎn)標(biāo)記V2的值賦給V1。
表 1展示的是我們傳播邏輯。該表列舉了抽象的DEX字節(jié)碼指令的詳細(xì)說明。寄存器變量和類的字段分別使用Vx和fx代替。R表示的返回E表示的是異常。大寫的A，B，C代表的是不變的字節(jié)碼。表中沒有列出清除污點(diǎn)寄存器的目的寄存器。
表1TaintDroid的傳播邏輯
例如我們不考慮指令數(shù)組的長度對(duì)于返回一個(gè)污點(diǎn)值即使這個(gè)數(shù)組是受污染的。注意數(shù)組的長度有助于直接控制流的傳播。
4.2.2污點(diǎn)對(duì)象引用
在表 1中的傳播規(guī)則有兩個(gè)例外。其一，污點(diǎn)傳播邏輯包括污點(diǎn)標(biāo)記數(shù)組的索引中查找處理轉(zhuǎn)換表（e.g. ASCII/UNICODE的大小寫轉(zhuǎn)換）。例如，考慮從小寫轉(zhuǎn)換到大寫字母的情況：如果一個(gè)污點(diǎn)值“a”是數(shù)組的一個(gè)索引，由此導(dǎo)致“A”也是被污點(diǎn)標(biāo)記的即使“A”在數(shù)組中不是。因此，污點(diǎn)邏輯aget-op既使用數(shù)組和數(shù)組索引污點(diǎn)。第二，當(dāng)這個(gè)數(shù)組包含對(duì)象索引（e.g.一個(gè)證型數(shù)組），這個(gè)污點(diǎn)索引標(biāo)記傳播的是對(duì)象的引用而不是對(duì)象的值。因此，我們包含對(duì)象引用污點(diǎn)標(biāo)記在實(shí)例中得到了（iget-op）規(guī)則。
圖 4列出的代碼展示出了一個(gè)實(shí)際的實(shí)例對(duì)象引用污點(diǎn)的必要性。在這里，ValueOf()返回一個(gè)整數(shù)對(duì)象傳遞int。如果整型參數(shù)在-128到127之間，ValueOf()返回引用靜態(tài)定義的整型對(duì)象。ValueOf()對(duì)象隱式的轉(zhuǎn)換為一個(gè)對(duì)象?？紤]下列方法的定義：
Object intProxy(int val) { return val; }
int out = (Integer) intProxy(tVal);
考慮一下這樣一種情況tVal的值是int為1并且是被標(biāo)記的。當(dāng)intProxy()傳遞tVal的時(shí)候最后返回的值是val。在這種情之下，Integer.valueOf()獲得一個(gè)整數(shù)實(shí)例對(duì)應(yīng)val標(biāo)量的變量。在這種情況下，Integer.valueOf()返回一個(gè)引用靜態(tài)對(duì)象其值為1。這個(gè)變量字段（整型類）對(duì)應(yīng)的對(duì)象標(biāo)記為；然而，因?yàn)閍get-op傳播規(guī)則包括污點(diǎn)的索引寄存器，這個(gè)對(duì)象的索引有一個(gè)污點(diǎn)標(biāo)記。因此，僅僅只包含對(duì)象的污點(diǎn)標(biāo)記當(dāng)字段讀取來自整型，正確的污點(diǎn)標(biāo)記將會(huì)被賦值。
圖4摘自Android整數(shù)類說明需要對(duì)象引用的污點(diǎn)傳播
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網(wǎng)頁題目：TaintDroid：智能手機(jī)監(jiān)控實(shí)時(shí)隱私信息流跟蹤系統(tǒng)（二）-創(chuàng)新互聯(lián)
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