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2018 年 4 月 Chinese Journal of Network and Information Security April 2018
2018034-1
第 4 卷第 4 期 网络与信息安全学报 Vol.4
No.4
Android 移动设备边信道隐私推测研究综述
史福田,毛剑,刘建伟
(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京 100191)
摘 要:针对存在敏感信息泄露的 Android 边信道,基于隐私信息关联对象进行分类分析;对主要攻击模型
进行了分析总结,包括推测隐私信息的核心方法及各个推测攻击的应用场景;对针对边信道攻击的检测和抑
制方法进行了总结,分析了现有防御机制存在的问题。最后,展望了边信道隐私推测攻击的发展和研究方向。
关键词:Android;边信道攻击;隐私推测;移动安全
中图分类号:TP393
文献标识码:A
doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2018034
Review of side-channel privacy inference of
Android mobile devices
SHI Futian, MAO Jian, LIU Jianwei
School of Electronic & Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
Abstract: Android side channels may leak users’sensitive information. The existing Android side-channel attacks
were analyzed and classified according to the type of the privacy-sensitive information with their inference models.
The mainstream privacy inference approaches were analyzed and the deployed scenarios of these attacks were sum-
marized. In addition, the mechanisms were discussed to detect or suppress the side-channel-based attacks and dis-
closed their limitations. Finally, the potential directions of research on side-channel-based privacy inference in An-
droid systems were proposed.
Key words: Android, side-channel attack, privacy inference, mobile security
1 引言
边信道隐私推测是指利用计算设备、软件实
现、信息传输等环节中无意间泄露的敏感信息,
推测用户隐私的攻击行为。基于该原理,Kocher
[1]
于 1996 年提出了第一个攻击智能卡加密算法实
现的边信道隐私推测攻击,之后出现了众多通过
时间、耗电量、电磁辐射等边信道信息攻击智能
卡的研究工作
[2~4]
。直至云计算时代,边信道信息
泄露一直威胁着用户的信息安全。
随着智能手机、智能穿戴设备的普及,智能
移动设备存储、处理着大量隐私信息,如用户密
码、身份、位置等。在所有智能移动设备中,运
行 Android 操作系统的设备占比超过了 72%
[5]
。
然而,Android 系统的开放性使 Android 移动设备
成为恶意应用攻击的主要对象。近年来,机器学
习进一步为边信道攻击的隐私推测能力提供了支
持,使基于边信道隐私推测的攻击愈发严重。因
收稿日期:2018-02-02;修回日期:2018-03-20
通信作者:毛剑,maojian@buaa.edu.cn
基金项目:国家重点研发计划基金资助项目(No.2017YFB0802400)
Foundation Item: The National Key R&D Program China (No.2017YFB0802400)
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第 4 期 史福田等:Android 移动设备边信道隐私推测研究综述 ·13·
此,深入研究 Android 移动设备的边信道隐私推测
攻击对保护用户的信息安全具有重要意义。
目前,针对 Android 移动设备边信道隐私推
测的研究可以分为 3 个方面:边信道攻击研究、
边信道检测研究和边信道抑制研究。边信道攻击
研究尝试发现潜在的边信道,通过构建隐私推测
场景判断潜在信道是否能够被实际利用以及如何
利用。边信道检测研究尝试分析应用程序的代码和
行为,发现实施边信道攻击的恶意应用。边信道抑
制研究尝试通过限制边信道泄露敏感信息的能
力,破坏边信道攻击的有效性。
2 Android 移动设备边信道分类分析
用户隐私信息是指可以用来识别、联系、定
位、区分一个人的敏感信息
[6]
。用户在使用
Android 移动设备的同时,也将隐私信息暴露给
了 Android 移动设备。其中包括直接静态存储在
设备上的信息,如账号、相册等;此外,还有诸
如应用运行状态、传感器状态等隐私敏感(privacy
sensitive)信息。对于直接存储在设备上的信息,
Android 系统通过沙箱机制和权限机制进行了严
格的访问控制。但对于隐私敏感信息(如应用程
序运行状态等),Android 系统尚未进行细致的保
护。应用程序通常可以访问这些隐私敏感信息,
且无需申请特定权限或只需要申请少量常规权限。
攻击者利用这类未受保护的隐私敏感信息推断用
户隐私,即 Android 移动设备边信道隐私推测攻击。
在 Android 移动设备中,用户隐私的关联对
象有两种:应用状态和设备状态。用户隐私与应
用状态关联体现为:用户个人(隐私)行为直接
影响应用程序的某些运行状态。例如,用户拍摄
小视频时,相关程序的 CPU 使用时间、占用内存
大小等状态会显著增加等。用户隐私与设备状态
关联体现为:用户的个人(隐私)行为直接影响
硬件设备的状态,如用户跑步时引起加速度传感
器的状态数据变化。边信道隐私推测则是利用应
用状态和设备状态等与用户隐私有关联的敏感信
息推测用户的隐私。如图 1 所示,边信道隐私推
测攻击流程可以分为两步:1) 收集应用状态、设
备状态等边信道泄露的敏感信息,2) 利用边信道
泄露的敏感信息推测用户隐私。
图 1 边信道隐私推测攻击流程
本文将 Android 移动设备中泄露隐私敏感信
息的边信道按隐私关联对象分为应用状态边信道
和设备状态边信道。
2.1 应用状态边信道攻击研究
Android 是基于 Linux 内核开发的移动操作
系统,它的安全模型也是建立在 Linux 内核安全
模型的基础上
[7]
。Android 系统对应用程序运行状
态的记录既有 Linux 内核提供的 proc 文件系统
(procfs,proc file system)和 sys 文件系统(sysfs,
sys file system),也 有 Andorid 系统提供的应用程
序接口(API,application programming interface)。
本文按应用状态信息的来源将应用状态边信道信
息来源分为 Linux 层公共文件资源边信道(简称
Linux 层边信道)和 Android 层应用程序接口边信
道(简称 Android 层边信道)。
2.1.1 Linux层公共文件资源边信道攻击研究
Linux 层边信道主要来自 Linux 内核的公共
文件资源,包括 procfs 和 sysfs。它们是 Android
继承 Linux 的虚拟文件系统,用来记录系统和应
用的运行状态。procfs 包含了应用进程和系统进
程的运行时状态统计信息,如进程的 CPU 使用时
间、内存占用大小、网络使用统计等。sysfs 包含
了内核子系统信息、设备信息、网络环境信息等。
Android 应用程序接口没有提供应用程序的运行
状态信息,Android 系统保留 Linux 内核的 procfs
和 sysfs 的初衷是支持应用程序开发者了解应用
程序的运行状态。然而,这些应用状态信息在提
供有用信息的同时,也成为边信道隐私推测攻击
收集利用的对象,给用户隐私带来了安全隐患。
利用 procfs 提供的应用内存使用情况推测用
户的浏览记录是一种典型的边信道隐私推测攻
击。用户浏览记录被认为是一种用户隐私(利用
浏览记录,攻击者可以了解用户的喜好、行为特
点等信息),因此浏览记录通常受到严密保护
[8]
。
应用进程的内存使用信息保存在 proc 文件系统的
2018034-2
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