[發明專利]一種數據流完整性檢測方法、裝置、設備及介質

在審

• 申請號: 202211699802.7
• 申請日: 2022-12-28
• 公開（公告）號: CN115982028A
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 陳李維;聶曉帆;史崗;孟丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: G06F11/36
• 分類號: G06F11/36;G06F11/34
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張正秋

本發明涉及一種數據流完整性檢測方法、裝置、設備及介質，其方法包括：接收用戶輸入的待檢測源代碼生成帶有行號信息的原匯編文件；根據原匯編文件中的讀指令和寫指令，利用預設數據的EUI屬性，定義為sdDFIx指令和ldDFIx指令；再對原匯編文件進行代碼插樁，生成新匯編文件；利用原指令集架構，擴展執行編譯后含有所述sdDFIx指令和ldDFIx指令的所述新匯編文件的所述新指令集架構；利用擴展后的所述新指令集架構，執行編譯和鏈接后的所述新匯編文件，得出對待檢查代碼的檢查結果；本發明的目的是解決現有技術中性能開銷很大，不能更加高效地監測程序異常行為的缺陷，無法實現對程序運行時進行有效的保護的問題。

技術領域

本發明涉及計算機軟件技術領域，尤其涉及一種數據流完整性檢測方法、裝置、設備及介質。

背景技術

C/C++語言編寫的程序，會存在各種內存漏洞。內存漏洞是指程序員在軟件編寫的過程中，對內存的操作有時間或空間上的失誤，產生使得程序可能做出違反程序本身設計的行為的安全問題。攻擊者通常利用這些漏洞，修改內存數據，實施攻擊，嚴重威脅計算機系統的運行時安全。

攻擊者進行攻擊的關鍵點是在程序運行時損壞內存數據，對其進行任意讀寫。目前主流的防御技術是數據流完整性DFI(Data?Flow?Integrity)保護，其可以在程序運行時保護內存數據，發現程序的異常行為，阻止此類攻擊。它通過靜態分析獲取數據的合法寫集合。之后其采用標簽檢查機制對程序進行運行時行為檢測。具體地，DFI首先使用靜態分析來生成數據流圖(DFG)去表達變量的定義-使用關系，給每條內存寫指令(store)分配唯一標簽，進而得到數據合法的標簽集合。之后，其采用代碼插樁的方式對數據的內存讀寫指令進行指令插樁，得到可執行文件。在程序運行時，實時計算內存寫指令(store)的標簽；遇到內存讀指令(load)時，進行標簽檢查，即檢查最新一次寫此數據的內存寫指令(store)的標簽值是否在靜態分析得到的合法寫集合中，若在，則繼續執行；若不在，說明數據被非法損壞，產生異常行為，則終止程序執行。

目前，軟件DFI給被檢測程序的虛擬內存分為1GB，額外的1GB/2的內存分配給數據的標簽RDT。每32bit分配16bit的標簽，即每條store指令都會分配唯一的16bit的標簽，每個數據也會分配一個16bit的標簽。DFI執行會產生超過100％的性能開銷以及50％的內存開銷，使其不能在實踐中應用。目前，采用硬件支持來簡化和加速DFI。例如，現有技術采用硬件輔助的TMDFI為被檢測程序的虛擬內存每64bit，分配8bit的標簽，即每條store指令都會分配唯一的8bit的標簽，每個數據也會分配一個8bit的標簽。硬件輔助的TMDFI通過基于標簽的方法執行DFI，性能開銷為39％，內存開銷為12.5％。硬件輔助的PIM-DFI和軟件DFI一致，每32bit內存空間分配16bit的標簽。硬件輔助的PIM-DFI也是一種引入硬件支持加速DFI的方案，其性能開銷約為37％，內存開銷為25％。同時，現有的RVDFI也是一種引入硬件支持來加速DFI的方案，其性能開銷約為18％，內存開銷為25％。性能開銷來源于代碼膨脹導致的緩存未命中和頻繁的內存訪問。現有的性能開銷仍然很大，不能更加高效地監測程序異常行為，難以對程序運行時進行有效的保護。

發明內容

本發明提供一種數據流完整性檢測方法、裝置、設備及介質。用以解決現有技術中性能開銷很大，不能更加高效地監測程序異常行為的缺陷，無法實現對程序運行時進行有效的保護的問題。

本發明提供一種數據流完整性檢測方法，包括：

接收用戶輸入的待檢測源代碼，利用交叉編譯器生成帶有行號信息的原匯編文件；

根據所述原匯編文件中的讀指令和寫指令，利用預設數據的EUI屬性，定義為sdDFIx指令和ldDFIx指令；

根據所述sdDFIx指令和ldDFIx指令對原匯編文件進行代碼插樁，生成新匯編文件；