Содержание статьи
Android — молодая операционная система, и ее, как любую другую новорожденную ОС, принято упрекать в отсутствии должного уровня безопасности. Антивирусные компании и профильные аналитики рапортуют о настоящем буме вредоносного ПО для Android и предрекают скорое наступление армии зомби-вирусов, которые опустошат кошельки пользователей. Но так ли уязвим зеленый робот на самом деле?
Введение
На заре своего развития Android стала настоящим магнитом для нападок со стороны антивирусных компаний и независимых исследователей: инженеров Google обвиняли в недальновидности, огромном количестве брешей и общей ненадежности архитектуры Android. Это касалось всех компонентов системы, но основной удар экспертов обрушился на реализацию механизма разграничения прав, который якобы ограничивал приложения друг от друга, но имел брешь в самой своей основе.
В пример обычно приводились приложения, использующие эксплойты ядра Linux, которые позволяли получить права root, а затем сделать с системой все, что захочет злоумышленник. Этих нескольких найденных уязвимостей хватило, чтобы создать в желтой прессе шумиху, которая не улеглась и по сей день.
Но как же обстоят дела на самом деле? Проблема существует или нет? Стоит ли бояться юзерам Android за сохранность своих данных, или перейти на iOS, и как, если это возможно, защитить свои данные от злоумышленников? Обо всем этом повествует наш сегодняшний обзор.
Дыра в дыре?
В своей основе Android полагается на ядро Linux, которое выполняет большую часть грязной работы за него. На Linux ложатся такие заботы, как соблюдение прав доступа, слежение за процессами и их корректным выполнением. На деле это значит, что ни одно приложение Android не может получить доступ к данным другого приложения, пока последнее этого не захочет.
Реализуется это простым и превосходным методом: через соблюдение прав доступа. В Android каждое приложение — это отдельный пользователь со своими правами доступа и полномочиями. Каждое приложение в такой системе получает свой собственный идентификатор пользователя (UID) и собственный каталог внутри каталога /data, так что все его данные защищаются с помощью простых прав доступа, которые разрешают самому приложению читать собственные файлы, но запрещают делать это любому другому процессу.
В Android это называется песочницей (sandboxing), которая позволяет сберечь данные соседних приложений друг от друга, не позволив зловреду утащить частную информацию, сохраненную любым приложением системы. В песочницу попадают абсолютно все приложения, включая заранее предустановленные на аппарат. Фактически лишь небольшая часть Android работает с правами root, а именно начальный процесс zygote, выполняющий функции контроля за исполнением приложений, и небольшая часть системных сервисов. Все остальные приложения всегда работают в песочницах, поэтому зловред, даже прошедший процедуру «впаривания» пользователю, не может утащить ничего ценного, кроме содержимого SD-карты, доступ к которой по умолчанию открыт всем (позже мы еще вернемся к этому).
Кроме данных отдельно взятых приложений, для доступа закрыта также базовая инсталляция Android, размещаемая на отдельном разделе внутренней NAND-памяти и подключенная к каталогу /system. По умолчанию она смонтирована в режиме только для чтения и, в принципе, не хранит в себе никакой конфиденциальной информации (для ее размещения также используются песочницы в /data), поэтому каким-то хитрым образом прописаться в автозагрузку или модифицировать системные компоненты не получится (если, конечно, не использовать эксплойты для получения прав root, о чем я подробнее расскажу ниже).
Для общения приложениям доступно несколько вариантов IPC, причем родные для Linux средства коммуникации, такие как разделяемая память и сокеты, доступны только процессам, принадлежащим одному приложению, да и то лишь в том случае, если хотя бы часть приложения написана на компилируемом в машинный код языке, то есть с использованием Android NDK. Во всех остальных случаях приложения смогут использовать Binder для безопасного обмена сообщениями и интенты для вызова сторонних приложений (о них мы также поговорим ниже).
Интересно, что в Android, начиная с версии 2.2, есть понятие администратора устройства, но значит оно совсем не то, что под ним понимают пользователи UNIX и Windows. Это просто API, с помощью которого приложение может изменять политику безопасности паролей, а также запрашивать необходимость в шифровании хранилища данных и производить удаленный вайп смартфона. Это своего рода костыль, который был придуман в ответ на запросы корпоративных пользователей Android, которые хотели получить больший контроль над безопасностью данных на смартфонах сотрудников. Фактически этим API может воспользоваться любое приложение, но для этого пользователь должен явно подтвердить свое намерение предоставить приложению такие полномочия. Также в последних версиях Android появилась возможность загрузки устройства в безопасном режиме, когда пользователь получает доступ только к предустановленным приложениям. Она может понадобиться в случае компрометации устройства сторонним приложением.
Начиная с версии 3.0, Android имеет встроенную поддержку шифрования всех пользовательских данных с помощью стандартной подсистемы dmcrypt ядра Linux. Шифрование производится в отношении того самого каталога /data алгоритмом AES128 в режиме CBC и ESSIV:SHA256 с помощью ключа, генерируемого на основе пароля, который необходимо ввести во время загрузки ОС. При этом стоит учитывать, что карта памяти не шифруется, поэтому сохраненные на ней данные остаются полностью открытыми.
Приложения и права доступа
Наряду с песочницей, одним из основных механизмов системы безопасности Android являются права доступа приложений к функциям системы Android (привилегии), которые позволяют контролировать, какие именно возможности ОС будут доступны приложению. Это могут быть как функции работы с камерой или доступ к файлам на карте памяти, так и возможность использования функциональности, которая может привести к утечке информации со смартфона (доступ в Сеть) либо к трате средств пользователя со счета мобильного оператора (отправка SMS и совершение звонков).
У Android есть замечательная особенность: абсолютно любое приложение обязано содержать в себе информацию о том, какие именно из функций Android оно может использовать. Эта информация заключена в файле AndroidManifest.xml внутри APK-файла и извлекается инсталлятором перед установкой приложения для того, чтобы пользователь смог ознакомиться с тем, к какой функциональности смартфона приложение сможет получить доступ. При этом пользователь должен в обязательном порядке согласиться с этим списком перед установкой приложения.
На заре становления Android такой подход был раскритикован как слишком наивный, однако, как показало время, его эффективность получилась чрезвычайно высокой. Несмотря на то что большинство пользователей игнорирует список привилегий перед установкой приложения, многие ознакомляются с ним и, если обнаруживают какие-то несоответствия (например, когда игра запрашивает возможность отправки SMS или доступ к адресной книге), рассказывают об этом в отзывах и ставят одну звезду. В результате приложение очень быстро получает низкий суммарный рейтинг и большое количество негативных комментариев.
Также хочется заметить, что все возможные привилегии достаточно четко и логично разделены, благодаря чему злоупотребления привилегиями практически не бывает. Например, приложение может потребовать возможность читать SMS, но не отправлять их или получать уведомления о пришедшем сообщении. Фактически единственный серьезный недостаток системы привилегий был найден только в том, что инженеры Google вообще не предусмотрели никаких ограничений на чтение карты памяти (запись тем не менее ограничена), посчитав это бессмысленным для съемных накопителей. В свое время эта «брешь» привела к возможности получения координат смартфона, выуженных из кеша стандартного приложения «Галерея», который хранился на карте памяти. Что, в свою очередь, вынудило Google добавить в настройки последних версий Android опцию, после активации которой система будет явно спрашивать пользователя о возможности доступа какого-либо приложения к SD-карте.
Еще одна важная особенность такой системы заключается в том, что пользовательские настройки всегда будут приоритетнее запросов приложений, а это значит, что, если пользователь отключит GPS, приложение никак не сможет включить его самостоятельно даже при наличии всех прав на использование GPS. При этом некоторые функции ОС недоступны для приложений вовсе. Например, манипулировать SIM-картой имеет право только операционная система, и никто, кроме нее.
Проверка привилегий идет на самом низком уровне ОС, в том числе на уровне ядра Linux, так что для обхода этой системы безопасности зловреду придется не только получить права root на устройстве, но и каким-то образом скомпрометировать ядро, что гораздо более сложная задача.
IPC
Как уже было сказано выше, приложения могут обмениваться информацией, используя стандартные для Android средства коммуникации Binder, интенты (Intents) и провайдеры данных (Content Provider). Первый представляет собой механизм удаленного вызова процедур (RPC), реализованный на уровне ядра Linux, но контролируемый системным сервисом Service Manager. С точки зрения программного интерфейса Binder является всего лишь средством импорта объектов из другого приложения, но с точки зрения безопасности полностью контролируется обсуждаемым выше механизмом разграничения прав доступа. Это значит, что приложения смогут получить доступ друг к другу только в том случае, если оба этого захотят. Это особенно важно в свете того, что в Android Binder является основным средством коммуникации, на основе которого построен графический интерфейс, а также другие компоненты ОС, доступные программисту. Доступ к ним ограничивается с помощью обсуждаемого выше механизма привилегий. Как системные компоненты, так и сторонние приложения могут ограничивать доступ к своей функциональности с помощью декларации прав на доступ к своим функциям. В случае системных компонентов все они описаны в документации для программистов Android-приложений. Независимые разработчики, которые хотят открыть API к своим приложениям, должны описать требуемые для этого привилегии в AndroidManifest.xml и опубликовать соответствующую документацию. Все это относится также к провайдерам данных (Content Provider), специальному интерфейсу (также реализованному поверх Binder), с помощью которого приложения могут открывать доступ к своим данным другим приложениям. В Android провайдеры данных везде, это и адресная книга, и плей-листы, и хранилище настроек. Доступ к ним опять же ограничивается с помощью механизма привилегий и прав доступа.
Поверх Binder также реализована так называемая технология интентов, простых широковещательных сообщений. Приложения могут посылать их «в систему» с целью вызова внешних приложений для совершения какого-либо действия. Например, приложение может использовать интенты для вызова почтового клиента с указанием адреса, открытия веб-страницы, каталога в файловой системе и всего, что может быть записано в виде URI. Система автоматически находит все приложения, способные принимать данный тип интентов (а точнее URI-адресов), и передает URI им (а точнее, одному из них, выбранному пользователем). То, какие типы интентов может принимать и обрабатывать приложение, определяет программист во время сборки приложения. Кроме того, он может использовать фильтрацию по содержимому URI, чтобы избежать «спама».
Сами по себе перечисленные механизмы обмена данными и вызова функций приложений, контролируемые с помощью системы привилегий, в Android реализованы достаточно четко и ясно, однако они могут привести к проблемам в том случае, если программист недостаточно серьезно относится к декларации привилегий, необходимых для доступа к своему приложению. Это может привести к утечкам информации или возможности задействования функциональности приложения кем угодно. Например, в первых версиях Dropbox для Android имелась проблема с правильным определением привилегий, которая приводила к тому, что любое установленное приложение могло использовать Dropbox-клиент для заливки какой угодно информации на «облачный диск» www.securelist.com.
Защита от срыва стека
Для защиты приложений, созданных с использованием Android NDK, а также системных компонентов, написанных на языке Си, Android включает в себя обширный набор механизмов защиты от срыва стека, в свое время реализованных самыми разными разработчиками для различных проектов. В Android 1.5 системные компоненты были переведены на использование библиотеки safe-iop, реализующей функции безопасного выполнения арифметических операций над целыми числами (защита от integer overflow). Из OpenBSD была позаимствована реализация функции dmalloc, позволяющая предотвратить атаки с использованием двойного освобождения памяти и атаки согласованности чанков, а также функция calloc с проверкой на возможность целочисленного переполнения во время операции выделения памяти. Весь низкоуровневый код Android, начиная с версии 1.5, собирается с задействованием механизма компилятора GCC ProPolice для защиты от срыва стека на этапе компиляции.
В версии 2.3 в коде были устранены все возможные уязвимости манипуляции со строками, выявленные с помощью сборки исходных текстов с флагами '-Wformat-security', '-Werror=format-security', а также применены «железные» механизмы защиты от срыва стека (бит No eXecute (NX), доступный начиная с ARMv6). Также Android 2.3 задействует метод защиты от уязвимости, найденной в ноябре 2009 года во всех ядрах Linux 2.6 (возможность разыменования NULL-указателя), с помощью записи отличного от нуля значения в файл /proc/sys/vm/mmap_min_addr. Такой метод защиты позволил устранить уязвимость без необходимости в обновлении самого ядра Linux, что невозможно на многих устройствах.
Начиная с версии 4.0, Google внедрила в Android технологию Address space layout randomization (ASLR), которая позволяет расположить в адресном пространстве процесса образ исполняемого файла, подгружаемых библиотек, кучи и стека случайным образом. Благодаря этому эксплуатация многих типов атак существенно усложняется, поскольку атакующему приходится угадывать адреса перехода для успешного выполнения атаки. В дополнение, начиная с версии 4.1, Android собирается с использованием механизма RELRO (Read-only relocations), который позволяет защитить системные компоненты от атак, основанных на перезаписи секций загруженного в память ELF-файла. В той же версии 4.1 была впервые активирована функция ядра dmesg_restrict (/proc/sys/kernel/dmesg_restrict), появившаяся в ядре 2.6.37 и позволяющая отключить возможность чтения системного журнала ядра (dmesg) непривилегированными пользователями.
INFO
-В альтернативной Android-прошивке MIUI ни одно стороннее приложение не сможет отправить SMS без явного подтверждения со стороны пользователя.
-CyanogenMod расширяет стандартный механизм полномочий Android возможностью отмены любого полномочия уже после установки приложения.
- В рамках экспериментального проекта SE Android идет работа над форком Android с активированной системой безопасности SELinux.
Репозиторий приложений
Репозиторий приложений Google Play (в девичестве Android Market) всегда был самым слабым местом Android. Несмотря на то что механизм, требующий от приложений обязательного указания списка своих привилегий перед установкой, изначально работал правильно и позволял создать экосистему, в которой пользователи сами бы могли предупреждать друг друга о возможном зловредном поведении программы, опубликованной в репозитории, пользователи то и дело заражали свои смартфоны вирусами.
Основная проблема здесь заключалась в том, что приложение и его автор не подвергались каким-либо серьезным проверкам перед публикацией пакета в репозиторий. Фактически все, что нужно было сделать, — это написать программу, создать аккаунт в Google Play, внести членский взнос и опубликовать приложение. Все это мог сделать абсолютно любой человек, выложив в Маркет любой код, что и было многократно продемонстрировано в различных исследованиях безопасности Android.
Чтобы хотя бы частично решить эту проблему, не прибегая к ручной проверке приложений на безопасность, как сделано в Apple App Store, Google в начале этого года ввела в строй сервис Bouncer, представляющий собой виртуальную машину, в которой автоматически запускается любое публикуемое в репозитории приложение. Bouncer выполняет многократный запуск софтины, производит множество действий, симулирующих работу пользователя с приложением, и анализирует состояние системы до и после запуска с целью выяснить, не было ли попыток доступа к конфиденциальной информации, отправки SMS на короткие платные номера и так далее.
По словам Google, Bouncer позволил сократить количество вредоносов сразу после запуска сервиса на 40%. Однако, как показали дальнейшие исследования, его можно было легко обойти: проанализировать некоторые характеристики системы (e-mail-адрес владельца «смартфона», версию ОС и так далее) и затем создать приложение, которое при их обнаружении не будет вызывать подозрений, а после попадания на настоящий смартфон делать всю грязную работу.
Скорее всего, Google уже разработала схему противодействия обнаружению Bouncer с помощью генерации уникальных виртуальных окружений для каждого нового приложения, но так или иначе вирусы будут продолжать проникать в Google Play, и стоит быть внимательным при установке приложений, обязательно читая отзывы пользователей и анализируя список полномочий приложения перед его установкой.
Ревью кода и обновления
Последнее, но не менее важное, о чем хотелось бы сказать, говоря о системе безопасности Android, — это ревью кода и процесс реагирования команды разработчиков на появление новых уязвимостей. Когда-то программисты OpenBSD показали, что это один из наиболее важных аспектов разработки безопасной ОС, и Google следует их примеру достаточно четко.
В Google на постоянной основе работает команда безопасности Android (Android Security Team), задача которой заключается в том, чтобы следить за качеством кода операционной системы, выявлять и исправлять найденные в ходе разработки новой версии ОС ошибки, реагировать на отчеты об ошибках, присланные пользователями и секьюрити-компаниями. В целом эта команда работает в трех направлениях:
- Анализ новых серьезных нововведений ОС на безопасность. Любое архитектурное изменение Android должно быть в обязательном порядке одобрено этими ребятами.
- Тестирование разрабатываемого кода, в котором принимают участие также Google Information Security Engineering team и независимые консультанты. Идет постоянно на протяжении всего цикла подготовки нового релиза ОС.
- Реагирование на обнаружение уязвимости в уже выпущенной ОС. Включает в себя постоянный мониторинг возможных источников информации о найденной уязвимости, а также поддержку стандартного баг-трекера.
Если уязвимость будет обнаружена, команда безопасности начинает следующий процесс:
- Уведомляет компании, входящие в альянс OHA (Open Handset Alliance), и начинает обсуждение возможных вариантов решения проблемы.
- Как только решение будет найдено, в код вносятся исправления.
- Патч, содержащий решение проблемы, направляется членам OHA.
- Патч вносится в репозиторий Android Open Source Project.
- Производители/операторы начинают обновление своих устройств в режиме OTA или публикуют исправленную версию прошивки на своих сайтах.
Особенно важным в этой цепочке является тот факт, что обсуждение проблемы будет происходить только с теми членами OHA, которые подписали соглашение о неразглашении. Это дает гарантию, что общественность узнает о найденной проблеме только после того, как она уже будет решена компаниями, и фикс появится в репозитории AOSP. Если же об уязвимости станет известно из общедоступных источников (форума, например), команда безопасности сразу приступит к решению проблемы в репозитории AOSP, так чтобы доступ к исправлению получили сразу все и как можно скорее.
Опять же слабым местом здесь остаются производители устройств и операторы связи, которые могут затянуть с публикацией исправленной версии, несмотря на ранний доступ к исправлению.
WWW
- Подробное разъяснение реализации системы шифрования Android;
- описание системы полномочий для разработчиков приложений;
- руководство по созданию безопасных Android-приложений.
Выводы
Как и любая другая операционная система, Android не лишена уязвимостей и различных архитектурных допущений, упрощающих жизнь вирусописателей. Но говорить о том, что Android уязвима по определению, также не стоит. В ней явно прослеживается влияние последних тенденций в разработке безопасных операционных систем. Это и песочницы для приложений, и четко контролируемый системой механизм обмена данными между приложениями, и наработки проекта OpenBSD — единственной ОС общего назначения, разработка которой всегда велась с упором на безопасность.
