Tecniche di protezione della proprieta intellettuale del software

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1 Tecniche di protezione della proprieta intellettuale del software Cosimo Anglano Dipartimento di Informatica e Centro Studi sulla Criminalita Informatica Universita del Piemonte Orientale, Alessandria Franco Sirovich Dipartimento di Informatica Universita di Torino 1

2 La pirateria del software Fenomeno dilagante in tutto il mondo Dati dallo studio di IDC commissionato da Business Software Alliance (BSA) nel Circa il 35% del software installato nel corso del 2006 su Personal Computer e stato ottenuto illegalmente Le perdite economiche ammontano a circa 40 miliardi di dollari USA 2

3 La pirateria del software Il fenomeno e presente in percentuale diverse nei vari paesi 3

4 Software libero e non Non tutto il software e soggetto alla pirateria Il cosiddetto software libero (free software), per sua stessa natura, non e piratabile La cultura del software libero ha origine negli anni 80, grazie anche all opera di Richard Stallman Fondatore del progetto GNU ( GNU is Not Unix ) nel 1983 Software libero!= open source 4

5 La filosofia Open Source L'utente puo' gratuitamente: Utilizzare Copiare Distribuire Studiare Cambiare Migliorare il software AA Giovanna Petrone 5

6 La filosofia Open Source Un buon prodotto sw inizia con un problema personale di uno sviluppatore I bravi programmatori sanno cosa scrivere. I migliori sanno cosa riscrivere. Quando un programma non ti interessa piu e tuo dovere passare le consegne ad un successore competente Trattare gli utenti come sviluppatori e il modo migliore per ottenere debugging efficace e miglioramenti del codice Distribuisci presto e spesso (e ascolta gli utenti). AA Giovanna Petrone 6

7 Il processo Open Source Il processo e pubblico Le implementazioni sono controllate da una board che revisiona e testa il codice proposto Il codice e prodotto attraverso: Modifiche moderate Build frequenti E proprietà collettiva Non esiste il MANTENIMENTO AA Giovanna Petrone 7

8 GNU e General Public License GNU: lanciato nel 1984 per sviluppare un sistema operativo tipo Unix (Linux) Licenza GPL: Si puo' distribuire e offrire il supporto a pagamento Ma il codice sorgente deve rimanere modificabile e distribuibile GRATUITAMENTE AA Giovanna Petrone 8

9 When we speak of free software, we are referring to freedom, not price. Our General Public Licenses are designed to make sure that you have the freedom to distribute copies of free software (and charge for them if you wish), that you receive source code or can get it if you want it, that you can change the software or use pieces of it in new free programs, and that you know you can do these things. To protect your rights, we need to prevent others from denying you these rights or asking you to surrender the rights. Therefore, you have certain responsibilities if you distribute copies of the software, or if you modify it: responsibilities to respect the freedom of others. AA Giovanna Petrone 9

10 Proteggere il software Impedire l utilizzo di software acquisito illegalmente impiego di tecniche anti copia (copy protection) Impedire la decodifica del software per proteggere il proprio know how Impiego di tecniche di anti reversing 10

11 Sistemi di copy protection Hanno l obiettivo di controllare le modalita di utilizzo del software da loro protetto In genere vuol dire cose diverse a seconda del tipo di licenza del software Impedire il funzionamento del software dopo un certo periodo di tempo Impedire il trasferimento verso altri soggetti Permettere il trasferimento ma non la duplicazione 11

12 Copy protection: requisiti Resistenza agli attacchi Ogni sistema e violabile, ma i sistemi che richiedono uno sforzo maggiore sono ovviamente da preferirsi Trasparenza per l utente finale L utente legittimo non deve incorrere in problemi/scomodita dovuti al sistema anti copia Flessibilita Gestire tipi diversi di protezione 12

13 Copy protection: problemi Class break: si verifica quando la compromissione dello schema si applica a tutte le copie che usano quello schema E sufficiente che chi viola un sistema di copy protection pubblichi il metodo di violazione per permettere la copia di qualunque programma impieghi il sistema violato 13

14 Copy protection: idea di base Creazione di una componente sicura ed affidabile (trusted) cui viene delegato il compito di controllare la liceita della copia utilizzata Implementabile in software, hardware, o una combinazione dei due 14

15 Protezione basata su supporto fisico Creazione di difetti fittizi in posti ben precisi del supporto su cui e distribuito il software All atto dell installazione, il programma controlla che tali difetti siano presenti nei punti previsti 15

16 Protezione basata su supporto fisico Approccio tipicamente in uso negli anni 80 Il supporto era tipicamente un floppy disk Marcatura di bad sector bad sector 16

17 Protezione basata su supporto fisico Principio di base: la copia del contenuto del floppy non considerava i settori marcati bad Copia mediante sistema operativo 17

18 Protezione basata su supporto fisico Protezione aggirata mediante programmi di copia che agivano a livello fisico CopyWrite/ Transcopy 18

19 Protezione basata su meccanismi software Codici seriali da inserire nel programma all atto di installazione/attivazione Facile da bypassare Condivisione di codici seriali con altri utenti Patching: individuazione della parte di codice che controlla la validita del seriale e suo by-pass Key gening: scoperta dell algoritmo di generazione dei seriali validi e sua implementazione in un programma apposito 19

20 Protezione basata su meccanismi software Challenge-response con codice di attivazione encryption key codice seriale cleartext message CPU id 20

21 Protezione basata su meccanismi software Challenge-response con codice di attivazione cleartext message encryption key validation server 21

22 Protezione basata su meccanismi software Challenge-response con codice di attivazione encrypted validation message encryption key validation server 22

23 Protezione basata su meccanismi software Challenge-response con codice di attivazione encryption key decrypted activation code encrypted message decryption 23

24 Protezione basata su meccanismi software Challenge-response con codice di attivazione Aggirabile mediante lo sviluppo di programmi keygen che utilizzano lo stesso algoritmo utilizzato dal validation server per generare i codici di attivazione cifrati 24

25 Protezione basata su meccanismi hardware Uso di un microchip detto dongle: il software funziona solo se il dongle e collegato al computer In passato si usavano dongle connessi alla porta parallela, attualmente si utilizzano interfacce USB 25

26 Protezione basata su meccanismi hardware Implementazione ovvia: Il programma invoca un driver del dongle, che controlla se il dongle e collegato al computer In caso negativo, il programma smette di funzionare Facile da aggirare: basta scrivere un driver che emula il driver del dongle e fornisce risposte positive (false) alle richieste del software 26

27 Protezione basata su meccanismi hardware Implementazione piu raffinata: il programma viene distribuito in forma criptata la chiave di decrittazione viene memorizzata nel dongle all atto dell esecuzione, un loader ottiene la chiave dal dongle, decripta il programma e lo manda in esecuzione 27

28 Protezione basata su meccanismi hardware Program loader encripted program decripted program 28

29 Protezione basata su meccanismi hardware Vulnerabilita : basta copiare l eseguibile dopo che lo stesso e stato caricato in memoria in forma decriptata decripted program Ripped program 29

30 Protezione basata su meccanismi hardware Per attenuare questa vulnerabilita, si puo dividere il programma in parti, ciascuna delle quali cifrata con una chiave diversa Durante l esecuzione del programma, sono caricate in memoria solo le parti effettivamente necessarie 30

31 Protezione basata su meccanismi hardware Program loader encripted program chunk #1 encripted program chunk #2 encripted program chunk #3 decripted program chunk #1 decripted program chunk #2 encripted program chunk #3 31

32 Protezione basata su meccanismi hardware Vulnerabilita : Acquisizione delle chiavi di decriptazione che sono trasmesse in chiaro al loader Implementazione di un emulatore del dongle che invia al loader le varie chiavi man mano che queste vengono richieste 32

33 Protezione basata su meccanismi hardware Per evitare di esporre le chiavi di decriptazione, di recente sono stati sviluppati dongle dotati di un processore che effettua la decriptazione internamente Il loader invia un frammento cifrato del programma, ed ottiene in risposta il codice decifrato eseguibile sul processore Difficile da violare perche bisogna essere in grado di riassemblare nell ordine giusto i vari frammenti di codice decifrato 33

34 Ma esiste la protezione inviolabile? Tale tecnica dovrebbe fornire: Cifratura con chiave sufficientemente lunga Messa in sicurezza della chiave e del processo di decriptazione primo problema risolto Il secondo e molto piu difficile da risolvere Le istruzioni del programma sono eseguibili solo in forma decifrata Durante l esecuzione, permangono nella memoria fisica da cui possono essere copiate 34

35 Alcune soluzioni in tal senso Crypto-processori in grado di eseguire istruzioni criptate Ogni processore e dotato di una coppia di chiavi (pubblica e privata) e di un numero di serie univoco Una trusted authority mantiene un database con le associazioni <numero di serie, chiave pubblica> All atto dell acquisto di un programma, il produttore lo cifra con la chiave pubblica del processore dell utente L utente esegue il programma in forma criptata, ed il crypto-processor lo decodifica usando la sua chiave privata e lo memorizza in un area di memoria non accessibile via software 35

36 Alcune soluzioni in tal senso Trusted Computing Platforms (TPM): Implementazione tecnologicamente piu fattibile dei crypto-processors Sistema dotato di chiavi pubblica e privata Contenuto (software, ma non solo) cifrato con la chiave pubblica dell acquirente Inutilizzabile (non decifrabile) su un altro sistema dotato di chiavi differenti Contenuto decriptato memorizzato in una partizione protetta della memoria 36

37 Tecniche anti-reversing Problema: proteggere il know how su cui e basata l applicazione anche nel caso in cui sia violata la protezione dalla copiatura Reverse engineering (reversing): dedurre la struttura del codice di un applicazione senza averne a disposizione il sorgente Compito difficile, ma non impossibile soprattutto per i linguaggi non compilati in istruzioni macchina (Java, C#, ecc.) 37

38 Quando impedire il reversing? Applicazioni non rilasciate con licenza opensource Sistemi di protezione dalla copia Impiego di piattaforme basate su bytecode (Java,.NET, ecc.) 38

39 Approccio all anti-reversing Eliminazione delle informazioni simboliche per ostacolare la decompilazione e/o il disassemblaggio Offuscamento del programma per impedire l analisi statica Evitare l esecuzione all interno di un debugger per impedire l analisi dinamica 39

40 Eliminazione di informazioni simboliche Non e un grosso problema per i linguaggi compilati tradizionali (C, C++, ecc.) tipicamente le versioni distribuite non contengono informazioni simboliche attenzione comunque alle symbol table utilizzate per il caricamento di librerie dinamiche, o per l esportazione di funzioni di libreria 40

41 Eliminazione di informazioni simboliche Problema rilevante per i linguaggi basati su bytecode (Java, C#, ecc.) Riferimenti interni basati su nomi invece che su indirizzi (nomi di classi e loro metodi, oggetti globali, ecc.) Molto facili da decompilare 41

42 Eliminazione di informazioni simboliche Un semplice esempio: calcolo del fattoriale import java.io.*; // User enters integer N. The program calculates N factorial. // class Fattoriale { public static void main (String[] args ) throws IOException { BufferedReader userin = new BufferedReader (new InputStreamReader(System.in)); String inputdata; long N, fact = 1; System.out.println( "Enter N:" ); inputdata = userin.readline(); N = Integer.parseInt( inputdata ); if ( N >= 0 ) { while ( N > 1 ) { fact = fact * N; N = N - 1; } System.out.println( "factorial is " + fact ); } else { System.out.println("N must be zero or greater"); } } } 42

43 Eliminazione di informazioni simboliche 43

44 Eliminazione di informazioni simboliche Codice decompilato // Decompiled by DJ v Copyright 2007 Atanas Neshkov Date: 12/9/ :12:17 PM // Source File Name: Fattoriale.java import java.io.*; class Fattoriale { Fattoriale() { } public static void main(string args[]) throws IOException { BufferedReader bufferedreader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); long l1 = 1L; System.out.println("Enter N:"); String s = bufferedreader.readline(); long l = Integer.parseInt(s); if(l >= 0L) { for(; l > 1L; l--) l1 *= l; System.out.println((new StringBuilder()).append("factorial is ").append(l1).tostring()); } else { System.out.println("N must be zero or greater"); } } } 44

45 Code obfuscation Mira a ridurre la possibilita di effettuare analisi statiche del codice Tecniche che modificano la struttura, la logica interna, la strutturazione dei dati e l organizzazione del codice mantenendolo funzionalmente identico all originale 45

46 Code obfuscation Tecniche semplici: Aggiungere porzioni di codice inutili (tipo quelle incluse in test sempre falsi), modificare i nomi, ecc. Essendo di natura sintattica, sono facilmente aggirabili mediante tecniche automatiche di deoffuscazione Sono richieste tecniche piu complesse Che hanno lo svantaggio di aumentare la dimensione del programma, il tempo di esecuzione, o entrambi) 46

47 Tecniche anti-debugger Mediante l impiego di un debugger, e possibile effettuare un esecuzione timestepped del programma, ed esaminarne lo stato ad ogni step Tecnica di base: detection e terminazione dell esecuzione 47

48 Tecniche anti-debugger Tecniche di detection: System/platform/debugger specific: Utilizzare funzioni previste dal sistema (IsDebuggerPresent/SystemKernelDebuggerInformation in ambito Windows) Sfruttare la conoscenza sul funzionamento di specifici debugger Code checksum: calcolare checksum di parti del codice I debugger funzionano modificano (on the fly) il codice eseguibile Il codice verifica se qualche parte del codice e stata modificata 48

49 Conclusioni La protezione dalla copiatura illegale del software e un problema sempre attuale La violazione di un meccanismo di copy protection porta alla creazione di nuovi meccanismi di copy protection, che a loro volta saranno violati La soluzione definitiva richiede necessariamente il supporto dell hardware Tali soluzioni pero sbilanciano fortemente il rapporto produttori-consumatori del sofware a vantaggio dei primi 49

50 Conclusioni Il problema dell anti-reversing non puo essere risolto in modo completamente automatico I tool di questo tipo funzionano in base ad euristiche non sempre efficaci Il loro operato puo essere sovvertito da appositi strumenti o da programmatori abili Occorre integrarli con l operato di programmatori competenti in grado di padroneggiare le tecniche di anti-reversing 50