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[646] 2018-07-27_VulDeePecker基于深度学习的漏洞检测系统

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-16
2018-07-27_VulDeePecker基于深度学习的漏洞检测系统 V u l D e e P e c k e r : 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 系 统 A r k T e a m   2 0 1 8 - 0 7 - 2 7 作 者 ： { w h 1 t 3 p 1 g } @ A r k T e a m 原 文 作 者 ： Z h e n   L i ,   D e q i n g   Z o u ,   S h o u h u a i   X u ,   X i n y u   O u ,   H a i   J i n , S u j u a n   W a n g ,   Z h i j u n   D e n g   a n d   Y u y i Z h o n g 原 文 标 题 ： V u l D e e P e c k e r :   A   D e e p   L e a r n i n g - B a s e d   S y s t e m   f o r   V u l n e r a b i l i t y   D e t e c t i o n 原 文 会 议 ： t h e   2 5 t h   A n n u a l   N e t w o r k   a n d   D i s t r i b u t e d   S y s t e m   S e c u r i t y   S y m p o s i u m ,   N D S S   2 0 1 8 原 文 链 接 ： h t t p s : / / w w w . n d s s - s y m p o s i u m . o r g / w p - c o n t e n t / u p l o a d s / s i t e s / 2 5 / 2 0 1 8 / 0 2 / n d s s 2 0 1 8 _ 0 3 A - 2 _ L i _ p a p e r . p d f 软 件 漏 洞 自 动 化 检 测 是 一 个 重 要 的 研 究 问 题 。 然 而 现 今 的 解 决 方 案 都 是 依 赖 人 的 经 验 去 定 义 特 征 ， 这 种 方 式 会 遗 漏 很 多 漏 洞 ， 有 很 高 的 漏 报 率 。 本 文 提 出 使 用 深 度 学 习 来 进 行 漏 洞 检 测 ， 使 人 从 繁 重 且 主 观 的 人 为 特 征 定 义 任 务 中 解 脱 出 去 。 因 为 深 度 学 习 所 处 理 的 问 题 与 软 件 漏 洞 检 测 问 题 有 所 差 距 ， 所 以 作 者 提 出 了 一 些 指 导 原 则 来 将 深 度 学 习 应 用 到 漏 洞 检 测 中 。 特 别 是 我 们 需 要 找 到 适 合 深 度 学 习 的 程 序 软 件 的 表 示 。 为 了 这 个 目 的 ， 文 章 提 出 使 用 代 码 小 工 具 （ c o d e   g a d g e t s ， 代 码 小 工 具 是 一 系 列 语 意 相 关 的 代 码 ） 来 表 示 程 序 ， 然 后 将 他 们 转 换 成 向 量 。 作 者 由 此 设 计 并 实 现 了 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 系 统 ， 叫 做 v u l n e r a b i l i t y   d e e p   p e c k e r （ V u l D e e P e c k e r ） 。 为 了 评 估 该 工 具 ， 作 者 提 出 了 第 一 个 用 于 深 度 学 习 的 漏 洞 数 据 集 。 实 验 结 果 表 明 ， V u l D e e P e c k e r 可 以 比 其 他 方 法 获 得 更 少 的 假 阴 性 （ 具 有 合 理 的 误 报 ） 。 作 者 进 一 步 将 V u l D e e p e c k e r 应 用 到 3 个 软 件 产 品 并 检 测 到 了 新 的 4 个 漏 洞 。 现 今 存 在 的 解 决 方 案 存 在 两 个 缺 陷 ： 1 .   依 赖 专 家 经 验 区 定 义 特 征 ， 这 是 一 个 繁 重 的 主 观 的 有 时 候 容 易 出 错 的 任 务 2 .   容 易 遗 漏 漏 洞 或 高 误 报 率 作 者 的 工 作 ： 1 .   为 此 目 的 讨 论 了 一 些 初 步 指 导 原 则 ， 包 括 软 件 程 序 的 表 示 ， 使 深 度 学 习 适 合 于 漏 洞 检 测 ， 确 定 应 进 行 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 的 粒 度 ， 以 及 选 择 特 定 的 神 经 网 络 用 于 漏 洞 检 测 。 2 .   设 计 并 实 现 了 一 个 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 系 统 ， v u l d e e p e c k e r 。 3 .   第 一 个 用 于 评 估 的 漏 洞 数 据 集 ， h t t p s : / / g i t h u b . c o m / C G C L - c o d e s / V u l D e e P e c k e r 。 一 、 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 指 导 原 则 一 、 基 于 深 度 学 习 的 漏 洞 检 测 指 导 原 则 指 导 原 则 主 要 回 答 了 以 下 3 个 基 础 问 题 ： 1 . 如 何 表 示 软 件 程 序 ？ 由 于 深 度 学 习 或 神 经 网 络 以 向 量 作 为 输 入 ， 所 以 需 要 将 程 序 转 化 为 有 语 意 相 关 的 向 量 。 但 是 不 能 随 意 转 化 ， 作 者 提 出 了 指 导 原 则 指 导 原 则 1 :   程 序 先 转 换 为 保 存 了 程 序 元 素 间 （ 如 数 据 依 赖 和 控 制 依 赖 ） 语 意 关 系 的 中 间 表 达 ， 然 后 这 个 中 间 表 达 可 以 转 化 为 一 个 向 量 表 达 ， 作 为 神 经 网 络 的 实 际 输 入 。 由 指 导 原 则 1 提 出 了 中 间 表 达 的 概 念 ， 并 命 名 为 c o d e   g a d g e t 。 2 . 什 么 是 合 适 的 粒 度 ？ 由 于 不 仅 需 要 检 测 这 个 程 序 是 否 存 在 漏 洞 ， 还 要 定 位 到 具 体 漏 洞 的 位 置 ， 所 以 需 要 一 个 合 适 的 粒 度 来 进 行 检 测 ， 作 者 提 出 了 指 导 原 则 指 导 原 则 2 : 为 了 帮 助 确 定 漏 洞 位 置 ， 程 序 应 该 以 一 个 合 适 的 粒 度 来 表 达 ， 而 非 一 个 程 序 或 一 个 函 数 作 为 一 个 单 元 。
3 .   如 何 选 择 神 经 网 络 ？ 神 经 网 络 在 图 像 处 理 、 语 言 识 别 和 自 然 语 言 处 理 领 域 非 常 成 功 ， 但 是 不 同 于 漏 洞 检 测 ， 这 意 味 着 许 多 神 经 网 络 不 适 合 漏 洞 检 测 ， 作 者 提 出 了 指 导 原 则 指 导 原 则 3 : 确 定 这 行 代 码 是 否 存 在 漏 洞 需 要 依 赖 上 下 文 环 境 。 那 些 可 以 处 理 上 下 文 环 境 的 神 经 网 络 可 能 适 合 用 来 做 漏 洞 检 测 。 这 条 原 则 建 议 自 然 语 言 处 理 的 神 经 网 络 可 能 适 合 用 作 漏 洞 检 测 。 作 者 经 过 比 对 ， 选 择 了 双 向 的 L S T M 来 进 行 漏 洞 检 测 。 二 、 二 、 V u l D e e P e c k e r 的 设 计 的 设 计 1 . 定 义 c o d e   g a d g e t c o d e   g a d g e t 由 许 多 程 序 语 句 组 成 ， 他 们 在 数 据 依 赖 或 控 制 依 赖 方 面 的 语 义 上 彼 此 相 关 。 为 了 产 生 c o d e   g a d g e t ， 作 者 提 出 k e y   p o i n t 这 个 启 发 性 的 概 念 。 K e y   p o i n t 指 代 那 些 不 正 确 的 使 用 所 造 成 漏 洞 的 库 / A P I 函 数 。 需 要 注 意 的 是 一 种 类 型 的 漏 洞 可 能 有 多 种 k e y   p o i n t 。 同 时 同 样 类 型 的 k e y   p o i n t 可 能 存 在 于 多 种 类 型 的 漏 洞 中 。 对 应 于 库 /   A P I 函 数 调 用 的 k e y   p o i n t ， c o d e   g a d g e t 可 以 通 过 数 据 流 或 程 序 的 控 制 流 分 析 来 生 成 ， 其 中 存 在 众 所 周 知 的 算 法 和 易 于 使 用 的 商 业 产 品 ， 例 如 C h e c k m a r x 。 2 . V u l D e e P e c k e r 的 概 述 学 习 阶 段 ： 提 取 库 / A P I 函 数 调 用 和 相 应 的 程 序 切 片 1 .   生 成 训 练 程 序 的 c o d e   g a d g e t 和 他 们 的 基 本 事 实 标 签 ， 如 下 图 所 示 ， l a b e l 标 1 为 存 在 漏 洞 ， 0 为 不 存 在 漏 洞 2 .   将 c o d e   g a d g e t 转 化 为 向 量 表 达 3 .   训 练 B L S T M 神 经 网 络 检 测 阶 段 ： 1 .   将 目 标 程 序 转 化 为 c o d e   g a d g e t s 和 向 量 W
2 .   使 用 训 练 好 的 模 型 检 测 关 于 上 述 的 详 细 过 程 可 看 论 文 ， 由 于 篇 幅 这 里 不 再 详 述 。 为 了 评 估 该 工 具 是 否 更 具 有 效 性 ， 作 者 选 取 了 大 量 存 在 漏 洞 的 程 序 ， 如 有 一 个 或 多 个 C V E 号 的 程 序 。 按 照 学 习 阶 段 的 1 、 2 、 3 ， 作 者 生 成 了 一 个 C o d e   G a d g e t   D a t a b a s e ， 共 4 8 7 4 4 个 用 作 训 练 ， 1 2 8 9 4 个 用 作 检 测 。 文 章 主 要 针 对 缓 冲 器 错 误 和 资 源 管 理 错 误 这 两 个 漏 洞 ， 评 估 同 3 个 同 类 型 不 同 方 法 的 工 具 做 比 较 ， 可 以 发 现 基 于 深 度 学 习 的 系 统 更 有 效 。 三 、 讨 论 三 、 讨 论 文 章 主 要 提 出 了 使 用 深 度 学 习 来 代 码 审 计 的 3 个 原 则 ， c o d e   g a d g e t 这 个 概 念 以 及 V u l D e e P e c k e r 这 个 工 具 。 这 个 工 具 是 第 一 个 使 用 深 度 学 习 来 进 行 代 码 审 计 的 工 具 ， 给 我 们 传 统 的 静 态 代 码 审 计 提 供 了 一 个 新 的 思 路 。 但 是 同 样 的 ， 数 据 集 的 优 劣 直 接 关 系 了 漏 报 率 和 误 报 率 ， 怎 么 样 选 好 数 据 集 是 非 常 重 要 的 一 步 。 相 对 传 统 的 方 法 ， 这 是 一 个 难 点 。 文 章 对 V u l D e e P e c k e r 的 实 现 主 要 通 过 数 据 流 分 析 来 进 行 c o d e   g a d g e t 的 生 成 ， 进 一 步 我 觉 得 可 以 对 控 制 流 分 析 来 研 究 生 成 c o d e   g a d g e t ， 并 且 文 章 的 漏 洞 种 类 不 多 ， 无 法 确 定 对 于 其 他 类 型 的 漏 洞 是 否 同 样 有 效 ， 需 要 进 一 步 的 研 究 。 阅 读 原 文
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