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基于模型检验的固件恶意代码检测技术研究

作　者: 谢晓东
导　师: 李清宝
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 固件恶意代码模型检验 Kripke结构变量区间分析不确定位
分类号: TN407
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 13次
引　用: 1次
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内容摘要

微控制器是电子设备中的核心器件。对微控制器中的固件恶意代码进行检测，是电子设备安全性分析研究的热点和重要内容。开展固件代码恶意性检测不仅有利于发现设备中存在的安全隐患，同时有助于电子设备故障排除和设备维护。本文以国家“863”目标导向类课题（编号2009AA01Z434）的研发为背景，结合固件代码的特点，分析了固件恶意功能实现机制，重点对固件恶意代码的检测方法进行研究，采用模型检验技术，实现对固件恶意代码的检测。论文的主要工作和贡献包括：1、提出了一种将控制流分析和数据流分析相结合的Kripke结构生成算法。针对由固件代码生成Kripke结构时遇到的间接跳转、间接存储、调用返回、中断和时序等问题，综合运用了变量定值分析、区间分析以及快速位运算算法等多项技术，成功解决了Kripke结构生成中的关键问题，实现了Kripke结构的自动构建。2、提出了一种面向位运算的变量区间分析方法——快速位运算算法。该算法包括了变量的不确定位形式（Uncertainty Bit Form, UBF）计算算法、面向UBF的位运算算法和UBF的区间生成算法，用于解决因固件代码中同时存在字节级（标量）和位级（向量）两种运算而造成的计算效率问题。实验结果表明，快速位运算算法在程序变量取值范围较大时效率远高于依次迭代法，并且算法耗时整体稳定，随着区间范围的增大呈下降趋势。3、设计并实现了基于模型检验的固件恶意代码检测原型系统FPAnalyzer。测试结果表明该系统能够成功检测固件恶意代码，验证了本文研究方法的正确性和有效性。

全文目录

表目录  6-7
图目录  7-8
摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章引言  10-18
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 研究现状  11-16
    1.2.1 固件代码的特点  11-12
    1.2.2 固件恶意代码检测技术  12-15
    1.2.3 相关工作  15-16
  1.3 本文研究内容与工作  16-17
  1.4 论文组织结构  17-18
第二章模型检验相关概念与理论  18-24
  2.1 模型检验原理  18-20
    2.1.1 模型检验方法  18
    2.1.2 模型检验步骤  18-20
  2.2 时态逻辑  20-21
  2.3 模型检验的发展  21-22
  2.4 模型检验工具  22-23
    2.4.1 SPIN  22-23
    2.4.2 SMV  23
    2.4.3 NuSMV  23
  2.5 本章小结  23-24
第三章基于模型检验的固件恶意代码检测方法  24-38
  3.1 固件恶意代码实现机制分析  24-26
  3.2 基于模型检验的固件恶意代码检测方法  26-28
    3.2.1 方法提出  26
    3.2.2 关键问题分析  26-28
  3.3 Kripke 结构生成  28-34
    3.3.1 相关概念  28-31
    3.3.2 Kripke 结构生成算法  31-34
  3.4 固件正常行为规范提炼  34-36
    3.4.1 CTL 规范的提取  35
    3.4.2 指令序列的语义提升  35-36
  3.5 本章小结  36-38
第四章面向位运算的变量区间分析法—快速位运算算法  38-49
  4.1 问题提出  38
  4.2 变量的不确定位形式与计算  38-42
    4.2.1 变量的不确定位形式  38-40
    4.2.2 变量不确定位形式的计算方法  40-42
  4.3 面向变量不确定位形式的位运算算法  42-43
  4.4 区间生成算法  43-45
  4.5 快速位运算算法性能分析  45-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章固件恶意行为模型检验原型系统  49-65
  5.1 系统架构  49-51
  5.2 功能简介  51-57
  5.3 系统实现  57-59
  5.4 系统测试与分析  59-64
    5.4.1 测试环境  59-60
    5.4.2 测试方案  60-61
    5.4.3 测试结果与分析  61-64
  5.5 本章小结  64-65
结束语  65-67
参考文献  67-71
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  71-72
致谢  72

基于模型检验的固件恶意代码检测技术研究

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