Enhancement of reliability and security of inter-component communications in Android : 안드로이드에서의 컴포넌트간 통신의 신뢰성 및 보안성 향상 기법

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Android applications are composed of components. In an application, a component can complete a task independently but components may interact with each other to complete a task. In Android, a component of one application can also communicate with a component of another application. Inter-component communications are integral part of Android applications. They are implemented through both source code and a manifest file of an Android application. A manifest file is an essential configuration file in each Android application. Incorrect implementations of inter-component communications can cause serious reliability and security issues.
This thesis performs empirical studies on 13,944 Android applications to assess security risks and to identify reliability and security issues originating from incorrect implementations of inter-component communications. To mitigate the reliability and security issues, this thesis presents a conceptual model which represents the inter-component communications at a higher abstraction level and a completely automated tool which extracts the model from the source code. The extracted model can be used for analyzing inter-component communications at a higher abstraction level. The tool also generates test cases from the extracted model. The generated test cases can be executed to identify reliability issues caused by improper state implementations of components among others during inter-component communications. In addition to extracting a model from the source code and generating test cases from the model, the tool generates a security report indicating vulnerable inter-component communications. The vulnerable inter-component communications can also be visually analyzed through the extracted model. This thesis also presents another rule-based static analysis tool which analyzes the manifest file to detect various configuration errors including errors in implementing inter-component communications. Overall, the tools presented in this thesis assist Android application developers in mitigating reliability and security issues arise in an application due to improper implementations of inter-component communications among others.

국문 초록 (Abstract)

안드로이드 어플리케이션은 컴포넌트들로 구성되어 있다. 하나의 컴포넌트는 독립적으로 해당업무를 수행할 수 있지만 많은 경우 다른 컴포넌트와 상호작용을 통해 업무를 수행한다. 안드로이드에서는 하나의 어플리케이션의 특정 컴포넌트가 다른 어플리케이션의 컴포넌트와 통신할 수도 있다. 이러한 컴포넌트간 통신이 안드로이드 어플리케이션의 주요 부분을 차지하며 이들은 소스코드와 핵심환경설정 파일인 매니페스트 파일로 구현된다. 컴포넌트간 통신이 잘못 구현되게 되면 심각한 신뢰성 및 보안성 문제가 야기될 수 있다.
이 논문에서는 컴포넌트간 통신의 잘못된 구현으로부터 야기되는 신뢰성 및 보안성 문제들을식별하고 보안성 리스크를 평가하기 위해 13,944 개의 안드로이드 어플리케이션에 대한 사례연구를 실시한다. 그리고 신뢰성 및 보안성 문제를 경감시키기 위해, 컴포넌트간 통신을 추상적으로 표현할 수 있는 개념 모델을 제시하고 소스코드로부터 이러한 개념모델을 추출할 수 있는 자동화 도구를 개발한다. 추출된 개념모델은 추상적인 관점에서 컴포넌트간 통신을 분석하는데 이용된다. 개념모델로부터 테스트 케이스를 추출하여 신뢰성 문제를 야기하는 컴포넌트간 통신의 부적절한 상태를 찾아내며, 또한 보안 취약성이 있는 컴포넌트간 통신을 식별한 보안성 보고서를 생성하고 시각적으로 추출된 개념모델에 나타낸다. 또한 이 논문에서는 매니페스트 파일 분석을 통해 다양한 환경설정 오류를 검사할 수 있는 규칙기반 정적 분석도구를 제시한다. 안드로이드 어플리케이션 개발자들이 이 논문에서 제안된 다양한 분석 도구들을 활용하여 컴포넌트간 통신의 부적절한 구현 등으로 인한 신뢰성 및 보안성 문제를 최소화할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Acknowledgements i
• Abstract ii
• List of Figures vi
• List of Tables vii
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Background and Related Works 8
• 2.1 Inter-component Communications 8
• 2.2 Android Manifest Overview 9
• 2.3 Security in Android 12
• 2.4 Related Works 15
• Chapter 3. Empirical Studies of Reliability and Security Issues 23
• 3.1 An Empirical Assessment of Security Risks 23
• 3.2 An Empirical Investigation of Security and Reliability Issues 44
• Chapter 4. A Model-based Testing and Analysis Technique 57
• 4.1 Conceptual Modeling of Inter-component Communications 57
• 4.2 Security Analysis 69
• 4.3 Test Case Generation 75
• Chapter 5. Tools Implementation and Evaluation 85
• 5.1 ICCMATT Implementation 85
• 5.2 ICCMATT Evaluation 92
• 5.3 ManifestInspector Tool Implementation 101
• Chapter 6. Conclusion and Future Works 105
• References 107
• Appendix A: Rules Defined in ManifestInspector 117
• Appendix B: Definitions and Terminology 130