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基于CUDA的软件保护技术研究与实现

作　者: 刘军
导　师: 陈浩
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 整体加密 按需加密 AES CUDA
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着工业信息化的不断发展,计算机应用得到普遍推广。软件产业在得到巨大发展过程中也面临着巨大挑战,软件盗版现象频繁出现。由此软件保护和软件安全越来越受到产业界和学术界关注。传统软件保护技术都是基于IA-32指令架构,采用复杂加密算法,容易引起相应软件监测,并影响目标软件正常执行,甚至降低系统性能。GPU通用计算的来临,为软件保护研究带来一扇机会之窗,因为大多数逆向研究者对于GPU的执行环境和指令集架构不熟悉。利用GPU高效并行处理能力,加速复杂密码算法,除此之外,还具有目标软件需要的自由、不被监视的执行空间。本论文在大量调研的基础上,设计了集成整体和按需加密保护技术的CBDE系统(CUDA-assisted Bulk and On Demand Encryption),其中CUDA是基于GPU的软件开发平台。首先阐述了整体加密方案,它是将整个镜像作为一个处理对象,进行整体的加密和解密操作。通过编写一个Loader(文件装载器),将整个exe作为嵌入对象。Loader模拟操作系统装载器,负责装载目标程序,并提供解密支持。因为程序含有CUDA相关代码,无法直接将目标程序和Loader编译为一个内嵌exe的程序,因此设计复制工具EmbedTool,目标exe和Loader编译完成后,将前者嵌入后者。其次设计按需加密方案,相比整体加密,不是一次性对目标软件整体处理,而是在运行过程中控制其解密粒度。本论文以函数为一个粒度,称之为函数级的解密。通过宏处理机制和PE节块支持解决单个函数地址和函数所占内存大小,主要设计包括三个模块,分别是初始化模块,解密处理模块获取函数运行前的解密支持,加密处理模块获取函数结束后的加密支持。此外利用高强度密码学算法AES(高级数据加密标准)支持。最后对经过处理的目标程序进行测试和分析,正确性测试包括整体加密测试,从单线程和多线程两个方面对按需加密方式测试,和该系统两种方案的联合测试,此外还对处理前后的样本进行性能测试和分析,经过GPU加速,性能损耗处于合理范围内。通过目前相关的测试技术和监测技术对系统进行了安全评估,结果表明该设计具备较好的安全性和合理的性能损耗。该系统基于GPU平台提供了一种软件运行时自动进行加密和解密机制,具有安全可靠性强、性能损耗合理、兼容性好等特点,为软件保护提供了一种安全可靠的解决方案。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章 绪论  12-21
  1.1 课题研究背景  12-13
  1.2 软件保护发展历史  13-15
  1.3 软件保护研究现状  15-19
    1.3.1 代码混淆技术  15-16
    1.3.2 软件加密技术  16-18
    1.3.3 传统软件保护技术分析  18-19
  1.4 论文主要研究内容  19
  1.5 论文组织结构  19-21
第2章 CUDA编程技术  21-29
  2.1 GPU并行计算  21-22
  2.2 CUDA编程要点  22-28
    2.2.1 内核层次  23-24
    2.2.2 线程层次  24-26
    2.2.3 存储器层次  26-27
    2.2.4 异构编程  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 CBDE软件保护技术设计  29-37
  3.1 CBDE系统设计的可行性  29-30
    3.1.1 相关的监测技术  29-30
    3.1.2 CUDA技术带来的契机  30
  3.2 CBDE系统设计  30-33
    3.2.1 系统需求分析  30-31
    3.2.2 CBDE系统架构  31-33
  3.3 设计支撑技术  33-34
    3.3.1 PE文件基础知识  33-34
    3.3.2 PE文件加载步骤  34
  3.4 整体加密概要设计  34-35
  3.5 按需加密概要设计  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章 CBDE系统实现  37-53
  4.1 AES算法工作模式  37-38
  4.2 整体加密详细设计  38-45
    4.2.1 API Hook技术  38-39
    4.2.2 Loader设计  39-44
    4.2.3 EmbedTool设计  44-45
  4.3 按需加密详细设计  45-52
    4.3.1 多线程同步访问  45-46
    4.3.2 宏处理机制  46-47
    4.3.3 初始化模块  47-48
    4.3.4 解密处理模块  48-50
    4.3.5 加密处理模块  50-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章 实验结果与分析  53-62
  5.1 实验环境  53
    5.1.1 硬件环境  53
    5.1.2 软件环境  53
  5.2 正确性测试  53-58
    5.2.1 单线程测试  54-55
    5.2.2 多线程测试  55-57
    5.2.3 整体加密测试  57-58
    5.2.4 联合测试  58
  5.3 性能测试  58-60
  5.4 系统安全分析  60-61
  5.5 本章小结  61-62
总结与展望  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  69-70
附录B 攻读硕士学位期间所参与的项目  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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