Resumen
La creación de software supone uno de los retos más complejos para el
ser humano ya que requiere un alto grado de abstracción. Aunque se ha
avanzado mucho en las metodologías para la prevención de los fallos
software, es patente que el software resultante dista mucho de ser
confiable, y debemos asumir que el software que se produce no está
libre de fallos. Dada la imposibilidad de diseñar o implementar
sistemas libres de fallos, es necesario incorporar técnicas de
mitigación de errores para mejorar la seguridad.
La presente tesis realiza aportaciones en tres de las principales
técnicas de mitigación de errores de corrupción de memoria: Stack
Smashing Protector (SSP), Address Space Layout Randomisation (ASLR) y
Automatic Software Diversification.
SSP es una técnica de protección muy efectiva contra
ataques de desbordamiento de buffer en pila, pero es sensible a ataques de
fuerza bruta, en particular al peligroso ataque denominado byte-for-byte.
Se ha propuesto una novedosa modificación del SSP, llamada RenewSSP,
la cual elimina los ataques de fuerza bruta. Puede ser usada
de manera completamente transparente con los programas existentes sin
introducir sobrecarga. El RenewSSP es especialmente beneficioso en dos áreas de
aplicación: Servidores de red (probado en Apache) y
lanzadores de aplicaciones eficientes (probado en Android).
ASLR es un concepto genérico, del cual hay multitud de diseños e
implementaciones. Se han analizado las dos implementaciones más
relevantes de Linux (Vanilla Linux y PaX patch), encontrándose en
ambas tanto debilidades como elementos mejorables. Teniendo en cuenta
las mejoras tecnológicas en el soporte a la ejecución (compiladores y
librerías), se ha propuesto un nuevo diseño del ASLR, llamado
ASLR-NG, el cual: maximiza la entropía, soluciona el problema de la
fragmentación y elimina las debilidades encontradas. Al igual que la
solución propuesta para el SSP, la nueva propuesta de ASLR es
transparente para las aplicaciones y compatible a nivel
binario sin introducir sobrecarga. ASLR-NG ha sido implementado como
un parche del núcleo de Linux para la versión 4.1.
La diversificación software es una técnica que cubre una amplia gama
de fallos, incluidos los errores de memoria. La principal dificultad
para aplicar esta técnica radica en la generación de las
"variantes", que son programas que tienen un comportamiento idéntico
entre ellos ante entradas normales, pero tienen un comportamiento
diferenciado en presencia de entradas anormales. Se ha propuesto una
novedosa forma de generar variantes de forma automática a partir de un
mismo código fuente, empleando la emulación de sistemas.
Una de las máximas de esta investigación ha sido la aplicabilidad de
los resultados, por lo que se ha hecho especial hincapié en el
desarrollo de prototipos sobre sistemas reales a la par que se llevaba
a cabo el estudio teórico. Como resultado, las propuestas de esta
tesis son directamente aplicables a sistemas reales, algunas de ellas
ya están siendo explotadas en la práctica.
Palabras clave
Cybersecurity, Memory errors, Protection techniques, SSP, ASLR, NX, Automatic diversification, Android, Vulnerabilities, Preventing attacks, Offset2lib attack
