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Theses Year : 2020

Challenges of native android applications : obfuscation and vulnerabilities

Défis pour les applications Android Natives : obfuscation et vulnérabilités

Abstract

Android is the most used operating system and thus, ensuring security for its applications is an essential task. Securing an application consists in preventing potential attackers to divert the normal behavior of the targeted application. In particular, the attacker may take advantage of vulnerabilities left by the developer in the code and also tries to steal intellectual property of existing applications. To slow down the work of attackers who try to reverse the logic of a released application, developers are incited to track potential vulnerabilities and to introduce countermeasures in the code. Among the possible countermeasures, the obfuscation of the code is a technique that hides the real intent of the developer by making the code unavailable to an adversary using a reverse engineering tool. With the growing amount of malware and applications carrying sensitive information, obfuscating the code and searching vulnerabilities becomes essential. This thesis presents the impact of native code on both reverse-engineering and vulnerability finding applied to Android applications. First, by listing the possible interferences between assembly and bytecode, we highlight new obfuscation techniques and software vulnerabilities. Then, we propose new analysis techniques combining static and dynamic analysis blocks, such as taint tracking or system monitoring, to observe the code behaviors that have been obfuscated or to reveal new vulnerabilities. These two objectives have led us to develop two new tools. The first one spots a specific vulnerability that comes from inconsistently mixing native and Java data. The second one extracts the object level behavior of an application, regardless of whether this application contains native code, embedded for obfuscation purposes. Finally, we implemented these new methods and conducted experimental evaluations. In particular, we automatically found a vulnerability in the Android SSL library and we analyzed several Android firmware to detect usage of a specific class of obfuscation.
Android est le système d'exploitation le plus utilisé et donc, assurer la sécurité des applications est essentiel. Sécuriser une application consiste à empêcher les attaquants potentiels de corrompre le comportement attendu de l'application. En particulier, l'attaquant peut s'appuyer sur des vulnérabilités laissées dans le code par le développeur, mais aussi voler la propriété intellectuelle d'une application existante. Pour ralentir le travail de l'attaquant qui essaie de reverser la logique applicative, le développeur est incité à chercher les vulnérabilités potentielles et à introduire des contremesures dans le code. Parmi les contremesures possibles, l'obfuscation de code est une technique qui cache l'intention réelle du développeur en faisant en sorte de rendre le code non disponible à l'adversaire qui utilise des outils de reverser. Avec l'augmentation des applications soit malveillantes, soit manipulant des informations sensibles, obfusquer le code et chercher ses vulnérabilités devient essentiel. Cette thèse présente l'impact du code natif sur, à la fois le reversing et la recherche de vulnérabilités, appliqué à des applications Android. Premièrement, en listant les interférences possibles entre l'assembleur et le bytecode, nous mettons en évidence des nouvelles techniques d'obfuscation et vulnérabilités logicielles. Ensuite, nous proposons de nouvelles techniques d'analyse combinant des blocs d'analyse statiques et dynamiques, tels que la propagation de teintes ou la surveillance du système, afin d'observer le comportement du code qui a été obfusqué ou de révéler de nouvelles vulnérabilités. Ces deux objectifs nous ont menés à développer deux nouveaux outils. Le premier cible une vulnérabilité spécifique due à l'interaction du natif et des données Java. Le second extrait le comportement d'une application au niveau objet, que l'application contienne du code natif d'obfuscation ou non. Enfin, nous avons implémenté ces nouvelles méthodes et les avons évaluées expérimentalement. En particulier, nous avons trouvé automatiquement une vulnérabilité dans la librairie SSL d'Android et nous avons analysé plusieurs firmware Android pour détecter l'usage d'une classe spécifique d'obfuscation.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03164744 , version 1 (10-03-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03164744 , version 1

Cite

Pierre Graux. Challenges of native android applications : obfuscation and vulnerabilities. Cryptography and Security [cs.CR]. Université Rennes 1, 2020. English. ⟨NNT : 2020REN1S047⟩. ⟨tel-03164744⟩
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