態(tài)隨機化模塊；
[0031] 進一步，其中上述模塊3)的具體步驟如下：
[0032] 模塊3) -1 :根據(jù)模塊2)提供的進程信息為動態(tài)隨機化模塊分配相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 并初始化；
[0033] 模塊3) -2:創(chuàng)建進程邏輯頁到邏輯頁映射表；
[0034] 模塊3) -3:創(chuàng)建進程邏輯頁到物理頁映射表；
[0035] 模塊3)-4:為動態(tài)隨機化模塊創(chuàng)建隨機化線程，開始透明的進行周期性隨機化；
[0036] 進一步，其中上述模塊4)的具體步驟如下：
[0037] 模塊4) -1:動態(tài)隨機化線程周期性的被喚醒；
[0038] 模塊4) -2:動態(tài)隨機化線程隨機化模塊3)建立的邏輯頁到邏輯頁映射表；
[0039] 模塊4)_3:動態(tài)隨機化線程根據(jù)邏輯頁到邏輯頁映射表更新相關(guān)的邏輯頁到物 理頁映射表；
[0040] 模塊4) -4:動態(tài)隨機化線程刷新進程相關(guān)的Cache;
[0041] 模塊4)-5:動態(tài)隨機化線程刷新進程相關(guān)的TLB;
[0042] 模塊4) -6:動態(tài)隨機化線程休眠；
[0043] 進一步，其中上述模塊5)的具體步驟如下：
[0044] 模塊5)_1:進程調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，請求邏輯地址重定向服務(wù)；
[0045] 模塊5)_2:系統(tǒng)調(diào)用陷入內(nèi)核，將請求傳遞至邏輯地址映射重定向模塊；
[0046] 模塊5) -3:邏輯地址映射重定向模塊檢測查請求的合法性，如請求非法則執(zhí)行模 塊5)-4;如果請求合法則轉(zhuǎn)模塊5)-5;
[0047] 模塊5) -4:檢測到攻擊行為，記錄攻擊信息，終止進程，隨機化結(jié)束；
[0048] 模塊5)_5:邏輯地址映射重定向模塊查詢邏輯頁到邏輯頁映射表，獲取隨機化地 址；
[0049] 模塊5) -6:邏輯地址映射重定向模塊將隨機化地址返回至系統(tǒng)調(diào)用；
[0050] 模塊5)_7:系統(tǒng)調(diào)用修改進程用戶空間棧，進行控制流重定向；
[0051] 進一步，其中上述模塊6)的具體步驟如下：
[0052] 模塊6) -1 :操作系統(tǒng)回收進程隨機化相關(guān)的資源；
[0053] 模塊6)-2 :操作系統(tǒng)回收進程的其它資源；
[0054] 模塊6)_3:輸出進程生命周期中的運行時統(tǒng)計信息；
[0055] 通過采用以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0056] 1.地址空間隨機化的粒度明顯細(xì)化：本發(fā)明使用了頁（4K)級別的隨機化粒度，相 對于傳統(tǒng)的基于段級別的隨機化，其隨機化粒度明顯細(xì)化。
[0057]2.地址空間隨機化的頻率明顯增加：傳統(tǒng)的地址空間隨機化只能在程序加載時 刻進行一次隨機化，之后進程的地址空間布局保持不變，本發(fā)明中的動態(tài)周期性隨機化機 制使進程的地址空間布局在進程的生命周期中被周期性的打亂，對于攻擊者而言，進程地 址空間的布局變得更加不確定，不可預(yù)測。
[0058] 3.地址空間隨機化的隨機化熵顯著增加：本發(fā)明通過細(xì)粒度動態(tài)周期性隨機化， 使得進程地址空間的隨機化熵顯著提高，降低了攻擊者攻擊成功的概率，提高了計算機系 統(tǒng)與軟件的安全性。
【附圖說明】
[0059]圖1為本發(fā)明實施例的基于二進制改寫和動態(tài)隨機化的軟件安全增強方法的原 理圖。
[0060]圖2為本發(fā)明實施例的基于二進制改寫和動態(tài)隨機化的軟件安全增強方法的流 程圖。
[0061] 圖3為圖2中二進制改寫的流程圖。
[0062] 圖4為圖2中可執(zhí)行文件加載的流程圖。
[0063]圖5為圖2中動態(tài)隨機化模塊初始化的流程圖。
[0064] 圖6為圖2中動態(tài)隨機化模塊周期性以頁為粒度隨機化進程地址空間的流程圖。 [0065]圖7為圖2中邏輯地址映射重定向模塊提供邏輯地址重定向服務(wù)的流程圖。
[0066]圖8為圖2中回收資源的流程圖。
[0067]圖9為圖2中邏輯地址映射重定向模塊向進程提供邏輯地址重定向服務(wù)的流圖。【具體實施方式】
[0068] 本發(fā)明方法首先對ELF二進制文件進行重構(gòu)，使得重構(gòu)的ELF二進制文件滿足以 頁為粒度進行動態(tài)隨機化的要求；重構(gòu)過的ELF二進制文件運行時，操作系統(tǒng)首先創(chuàng)建進 程地址空間，加載ELF二進制文件并解析ELF文件Header信息，然后根據(jù)ELF-Header提供 的信息將ELF文件代碼段、數(shù)據(jù)段等段映射到進程地址空間，接著操作系統(tǒng)激活動態(tài)隨機 化機制；內(nèi)核中動態(tài)隨機化模塊進行自舉，分配并初始化相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立進程邏輯頁到 邏輯頁、邏輯頁到物理頁雙層（Double-Level)映射表；接著動態(tài)隨機化模塊開始周期性以 頁為粒度隨機化進程的地址空間，并刷新進程相關(guān)的TLB和Cache;進程運行時，邏輯地址 映射重定向模塊還以系統(tǒng)調(diào)用的形式向進程提供邏輯地址重定向服務(wù)；最后，當(dāng)進程終止 時，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)回收進程隨機化相關(guān)的資源。
[0069] 下面結(jié)合本發(fā)明的相關(guān)說明圖與具體實施例：Intel_x86架構(gòu)和Linux系統(tǒng)上基 于二進制改寫和動態(tài)隨機化的軟件安全增強方法的實現(xiàn)進一步說明。
[0070] 第一步：利用現(xiàn)有成熟的二進制改寫工具將需要動態(tài)隨機化的ELF二進制文件重 構(gòu)為適合在動態(tài)隨機化機制下運行的格式。本發(fā)明中二進制改寫操作主要涉及ELF文件代 碼段中的跳轉(zhuǎn)類指令和頁末指令；跳轉(zhuǎn)指令按需要分為頁內(nèi)跳轉(zhuǎn)指令和頁間跳轉(zhuǎn)指令，改 寫操作將其中的頁間跳轉(zhuǎn)指令替換為特定的系統(tǒng)調(diào)用指令序列，并在頁末指令前插入相應(yīng) 的系統(tǒng)調(diào)用指令序列。其中，一種可行的改寫規(guī)則如下（但不限于這一種改寫規(guī)則）：
[0071]
[0072]
[0073] 本具體實施中使用Dyninst工具來進行二進制改寫操作。Dyninst是一個動態(tài)二 進制態(tài)插粧（DynamicBinaryInstrumentation)工具，是Paradyn項目的基礎(chǔ)。Paradyn 項目以DyninstAPI的形式向用戶提供了二進制分析、二進制改寫、二進制優(yōu)化等功能。本 步驟的流程圖見圖3。
[0074] 第二步：Linux系統(tǒng)運行新程序時，首先調(diào)用fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建子進程；然后新 創(chuàng)建的子進程調(diào)用execveO系統(tǒng)調(diào)用加載ELF文件，倉ij建進程地址空間，解析ELFHeader 并根據(jù)解析結(jié)果將ELF文件中代碼段、數(shù)據(jù)段等段映射到進程地址空間中的連續(xù)線性區(qū) 域，映射通過_ap()系統(tǒng)調(diào)用完成；接著內(nèi)核激活動態(tài)連接器，解析ELF文件中與動態(tài)鏈 接相關(guān)的未解析符號；然后激活動態(tài)隨機化機制；最后將控制流重定向到程序入口（Entry Point)。其中，execveO系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行過程可以概括為：參數(shù)合法性檢測；資源限制檢 查；打開可執(zhí)行文件；分配并初始化相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（e.g.mm_struct);創(chuàng)建進程棧；調(diào)用 search_binary_handler()獲取相關(guān)處理函數(shù)，對于ELF文件，則調(diào)用load_elf_binary(); load_elf_binary()會完成ELF文件的解析、ELF段和進程地址空間的映射操作，并根據(jù)ELF 頭中的標(biāo)志位確定是否激活動態(tài)隨機化機制。
[0075] 第三步：步驟二激活動態(tài)隨機化機制時，內(nèi)核中關(guān)聯(lián)到特定進程的動態(tài)隨機化模 塊開始自舉初始化。本發(fā)明具體實施例中，內(nèi)核首先分配并初始化動態(tài)隨機化需要的數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)，然后獲取被隨機化進程的標(biāo)識信息、隨機化所涉及的地址范圍等信息，接著內(nèi)核將這 些信息注冊到動態(tài)隨機化模塊的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。結(jié)合Linux系統(tǒng)，Linux內(nèi)核首先分配 一個jitalsr_t類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包含了進程動態(tài)隨機化所需要的所有核心信 息，具體包括：進程ID、隨機化周期、隨機化地址區(qū)間、邏輯頁到邏輯頁映射表、邏輯頁到物 理頁映射表的地址、同步互斥機制等；然后linux內(nèi)核獲取進程ID信息（進程PID，task_ struct結(jié)構(gòu)體）、隨機化地址區(qū)間信息（由vm_area_struct指定）；接著linux內(nèi)核將這 些信息填充到分配的jitaslr_t結(jié)構(gòu)體相關(guān)字段中；最后linux內(nèi)核創(chuàng)建一個內(nèi)核線程，此 內(nèi)核線程用來異步地執(zhí)行進程地址空間隨機化操作。結(jié)構(gòu)體jitaslr_t的定義如下：
[0076] typedefstructjitaslr-1{
[0077]structvm-area-struct*vma;
[0078]ulong-tpag-start;
[0079]ulong-tpag-end;
[0080]structjitaslr-t*next;
[0081] ulong-tpic-offset;
[0082]uint-tpag-cnt;
[0083]pid-ttgid;
[0084]structtask-struct*thread-group-leader;
[0085] #ifdefJITASLR-WITH-MULTI-THREAD
[0086] spinlock-tlck-nrr;
[0087]#endif
[0088]uint_tnrr_pags[JIT_NRR_PAGS_MAX]；
[0089]uinttnrr_pags_cnt；
[0090]structrw-semaphoresem-map ;
[0091]jitaslr_pgm