Finding ¡vulnerabiliFes ¡ CS642: ¡ ¡ Computer ¡Security ¡ Professor ¡Ristenpart ¡ h9p://www.cs.wisc.edu/~rist/ ¡ rist ¡at ¡cs ¡dot ¡wisc ¡dot ¡edu ¡ University ¡of ¡Wisconsin ¡CS ¡642 ¡
Finding ¡vulnerabiliFes ¡ Manual ¡analysis ¡ Simple ¡example: ¡double ¡free ¡ Fuzzing ¡tools ¡ StaFc ¡analysis, ¡dynamic ¡analysis ¡ … ¡ University ¡of ¡Wisconsin ¡CS ¡642 ¡
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Manual ¡analysis ¡ • You ¡get ¡a ¡binary ¡or ¡the ¡source ¡code ¡ • You ¡find ¡vulnerabiliFes ¡
IDA ¡Pro ¡
IDA ¡Pro ¡
What ¡type ¡of ¡vulnerability ¡might ¡this ¡be? ¡ main( ¡ ¡int ¡argc, ¡char* ¡argv[] ¡) ¡{ ¡ ¡ ¡char* ¡b1; ¡ ¡ ¡char* ¡b2; ¡ ¡ ¡char* ¡b3; ¡ ¡ ¡ ¡b1 ¡= ¡(char*)malloc(248); ¡ ¡ ¡ ¡b2 ¡= ¡(char*)malloc(248); ¡ ¡ ¡free(b1); ¡ ¡ ¡ ¡free(b2); ¡ ¡ ¡b3 ¡= ¡(char*)malloc(512); ¡ ¡ ¡strncpy( ¡b3, ¡argv[1], ¡511 ¡); ¡ ¡ ¡free(b2); ¡ ¡ ¡free(b3); ¡ } ¡ Double-‑free ¡vulnerability ¡
Double-‑free ¡vulnerabiliFes ¡ Can ¡corrupt ¡the ¡state ¡of ¡the ¡heap ¡management ¡ Say ¡we ¡use ¡a ¡simple ¡doubly-‑linked ¡list ¡malloc ¡implementaFon ¡ with ¡control ¡informaFon ¡stored ¡alongside ¡data ¡ Chunk ¡has: ¡ ¡ chunk.lef ¡ 1) lef ¡ptr ¡(to ¡previous ¡chunk) ¡ 2) right ¡ptr ¡(to ¡next ¡chunk) ¡ chunk.right ¡ g ¡ 3) free ¡bit ¡which ¡denotes ¡if ¡chunk ¡is ¡free ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡this ¡reuses ¡low ¡bit ¡of ¡right ¡ptr ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡because ¡we ¡will ¡align ¡chunks ¡ user ¡data ¡ 4) ¡ ¡ ¡user ¡data ¡
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What ¡type ¡of ¡vulnerability ¡might ¡this ¡be? ¡ This ¡is ¡very ¡simple ¡example. ¡ Manual ¡analysis ¡is ¡very ¡Fme ¡ consuming. ¡ Security ¡analysts ¡use ¡a ¡variety ¡of ¡ tools ¡to ¡augment ¡manual ¡analysis ¡
Security ¡tools ¡ • TesFng ¡tools ¡for ¡helping ¡find ¡security-‑criFcal ¡ bugs ¡ – Scanners ¡ – Taint ¡trackers ¡ – Fuzzers ¡ • “dumb”, ¡“smart”, ¡whitebox ¡ – StaFc ¡analysis ¡tools ¡ • StaFc ¡analysis ¡vs. ¡dynamic ¡analysis ¡
Program ¡analyzers ¡ analyze ¡large ¡ ¡ code ¡bases ¡ Code ¡ Report ¡ ¡ Type ¡ Line ¡ 1 ¡ mem ¡leak ¡ 324 ¡ 2 ¡ buffer ¡oflow ¡ 4,353,245 ¡ false ¡alarm ¡ Program ¡ 3 ¡ sql ¡injecFon ¡ 23,212 ¡ Analyzer ¡ 4 ¡ stack ¡oflow ¡ 86,923 ¡ false ¡alarm ¡ 5 ¡ dang ¡ptr ¡ 8,491 ¡ Spec ¡ … ¡ … ¡ … ¡ 10,502 ¡ info ¡leak ¡ 10,921 ¡ poten9ally ¡ ¡ may ¡emit ¡ ¡ reports ¡many ¡ false ¡alarms ¡ warnings ¡ Slide ¡credit: ¡Prof ¡Mitchell ¡Stanford’s ¡CS ¡155 ¡
Program ¡analyzers ¡ • StaFc ¡analysis ¡ – Do ¡not ¡execute ¡program ¡ ¡ • Dynamic ¡analysis ¡ – Execute ¡program ¡on ¡test ¡cases ¡
Soundness, ¡Completeness ¡ Property ¡ Defini9on ¡ Soundness ¡ If ¡the ¡program ¡contains ¡an ¡error, ¡ the ¡analysis ¡will ¡report ¡a ¡warning. ¡ “Sound ¡for ¡reporFng ¡correctness” ¡ ¡ Completeness ¡ If ¡the ¡analysis ¡reports ¡an ¡error, ¡the ¡ program ¡will ¡contain ¡an ¡error. ¡ “Complete ¡for ¡reporFng ¡correctness” ¡ Slide ¡credit: ¡Prof ¡Mitchell ¡Stanford’s ¡CS ¡155 ¡
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