情報システム実験B「バイナリプログラムの解析」(2025年度)

担当教員：大山恵弘（筑波大学システム情報系）

実験の概要

バイナリプログラムを解析するための基本的な技術やツールを学ぶ．受講者は具体的には以下の事項を実行する．

解析のためのツールや解析を妨害するためのツールの使い方を学ぶとともに．解析現場における問題を模した問題をそれらのツールによって実際に解決する．
それらのツールを改造して機能を拡張したり，それらのツールの核となる部分だけを有するような小さいツールを実装する．
バイナリプログラムの解析のための，規模がある程度大きいシステムを最終課題として開発し，発表会でそれについてのプレゼンテーションを行う．

最終課題とは別に，2週に1回程度のペースで小さい課題についてのレポートを課す予定である．

manabaのコースページ

情報システム実験B（ソフトウェアサイエンス実験B，知能情報メディア実験Bと共通）
K-15 バイナリプログラムの解析（この実験テーマを選択した学生のみがアクセス可）

実験の資料，参考書

教科書は指定しない．各週の実験についての資料をmanaba上で配布する．実験を行うにはそれだけで十分であるが，さらに深く学びたい人には，以下の書籍を参考書として薦める．どれも相当レベルが高く難解なので，時間をたっぷり確保して，覚悟して読んだほうがいい．

Dennis Andriesse, "Practical Binary Analysis," No Starch Press，2018.
- 著者によるサポートページ / No Starch Press 内のこの本のページ / Amazon.co.jp 内のこの本のページ / Amazon.com 内のこの本のページ
和訳：
Dennis Andriesse 著，株式会社クイープ／遠藤美代子訳，「実践バイナリ解析バイナリ計装、解析、逆アセンブリのためのLinuxツールの作り方」，ドワンゴ，2022．
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ / カドカワ内のこの本のページ
Reginald Wong, "Mastering Reverse Engineering," Packt，2018.
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ / Amazon.com 内のこの本のページ
Monnappa K A, "Learning Malware Analysis," Packt，2018.
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ / Amazon.com 内のこの本のページ
和訳：
Monnappa K A 著，石川朝久訳，「初めてのマルウェア解析」，オライリー・ジャパン，2020．
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ / オライリー・ジャパン内のこの本のページ

上記3冊を最も薦めるが，他には以下の書籍を薦める．

河田旺, 小池悠生, 渡邉慶一, 佐伯学哉, 荒田実樹著, 鈴木創, 中村孝史, 竹腰開, 光成滋生, hikalium, 浜地慎一郎寄稿,
「Binary Hacks Rebooted 低レイヤの世界を探検するテクニック89選」，オライリー・ジャパン，2024．
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ
姜秉卓著, 金輝剛監修, 金凡峻翻訳，「リバースエンジニアリングバイブル」，インプレス，2013．
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ
Digital Travesia管理人うさぴょん著, 「デバッガによるx86プログラム解析入門【x64対応版】」，秀和システム，2014．
- Amazon.co.jp 内のこの本のページ

実験のスケジュール（予定）

受講者の技術レベルに応じて臨機応変に変更する．

第1回：ガイダンス，プログラムのメタデータ
第2回：逆アセンブルと逆コンパイル
第3回：マルウェア解析Webサービス
第4回：パッカー
第5回：シグネチャマッチング，難読化
第6回：動的解析
第7回：ファジングとコードカバレッジ
第8回：解析回避と環境fingerprinting
第9回：シンボリック実行
第10回：最終課題のシステムの実装（1）
第11回：最終課題のシステムの実装（2）
第12回：最終課題発表会

最終課題（予定）

バイナリプログラムの解析に関連する既存のツールや機構のクローン，改造版，機能限定版などを実装する．実装するのは，解析する側のツールや機構でもよいし，解析される（ことを回避する）側のツールや機構でもよい．いわゆる「〇〇もどき」「なんちゃって〇〇」「〇〇インスパイア」と呼ばれるツールを作る．車輪の再発明をする．実装を通じて解析ツールや解析に関連する知識についての理解を深める．

例：独自PEファイル情報表示ツール，独自アセンブラ，独自逆アセンブラ，独自デバッガ，独自トレーサ，独自サンドボックス，独自パッカー，独自難読化器，独自エミュレータ

参考：
2023年度の最終課題の優秀レポート： excellent-report-2023.pdf
2022年度の最終課題の優秀レポート： excellent-report-2022.pdf

関連するツール，資料，記事（随時更新）

これらのツールが100%安全であることは保証できません．ツールを自分の環境にインストールするときには，十分に情報を収集して納得した上で，自分の責任においてインストールして下さい． VirtualBoxなどの仮想マシンやWindows Sandboxなどのサンドボックスの利用も検討して下さい．

全体
- マルウェア解析者になるための勉強方法(work-in-progress): https://github.com/pinksawtooth/how_to_become_a_malware_analyst
- マルウェア解析に必要な素養: https://hackmd.io/@K-atc/S1kLEr5x
第1週：ガイダンス，プログラムのメタデータ
- 第2週：逆アセンブルと逆コンパイル
  - 逆アセンブル，デバッグ
    - objdump
    - readelf
    - gdb
    - libbfd: https://www.gnu.org/software/binutils/
    - Capstone: http://www.capstone-engine.org/
    - IDA Pro: https://hex-rays.com/ida-pro/ IDA Free: https://hex-rays.com/ida-free/
    - Radare2: https://github.com/radareorg/radare2
    - うさみみハリケーン: https://digitaltravesia.jp/usamimihurricane/HowToUseUsaMimi.html
    - x64dbg: https://github.com/x64dbg/x64dbg
  - 逆コンパイル機能あり
    - Ghidra: https://ghidra-sre.org/
    - Hex-Rays Decompiler: https://hex-rays.com/decompiler/
    - Binary Ninja: https://binary.ninja/
    - Cutter: https://cutter.re/
    - Malcat: https://malcat.fr/
    - Boomerang: https://github.com/BoomerangDecompiler/boomerang
    - RetDec: https://github.com/avast/retdec
- 第3週：マルウェア解析Webサービス
  - VirusTotal: https://www.virustotal.com/
  - Hybrid Analysis: https://hybrid-analysis.com/
  - Joe Sandbox Cloud: https://www.joesandbox.com/
  - any.run: https://any.run/
  - Hatching Triage: https://tria.ge/
  - OPSWAT MetaDefender Cloud: https://metadefender.opswat.com/
  - malwares.com: https://www.malwares.com
  - ThreatMiner: https://www.threatminer.org
  - URLやFQDNを入力したり、捕まえた検体をアップロードすると良さげに調べてくれる無料サイト(編集中): https://qiita.com/tanyorg/items/33d80cced7b73388acb8
- 第4週：パッカー
  - オープンソース
    - UPX: https://upx.github.io/
    - Upack: https://docs.inedo.com/docs/upack-overview
    - Yoda's Protector: http://yodap.sourceforge.net/
    - Crinkler: https://github.com/runestubbe/Crinkler
    - (NSPack): Obsolete?
  - 無料
    - PECompact: https://bitsum.com/portfolio/pecompact/
    - PEtite: https://www.un4seen.com/petite/
  - 商用（ただし多くは無料の評価版も提供）
    - Themida: https://www.oreans.com/Themida.php
    - VMProtect: https://vmpsoft.com/products/vmprotect/
    - ASPack: http://www.aspack.com/aspack.html
    - The Enigma Protector: https://enigmaprotector.com/
    - PELock: https://www.pelock.com
    - (Obsidium): Obsolete? https://www.obsidium.de/
  - Packing/unpacking関連の資料
    - Black Hat 2007 USA: Mark Vincent Yason, "The Art of Unpacking" https://www.blackhat.com/html/bh-media-archives/bh-archives-2007.html
    - 31st Annual FIRST Conference: Unpacking for Dummies PDF
    - x64dbgによるIAT再構築（UPXのアンパック） https://qiita.com/KazuMatsuHack9981/items/7dfbbfeeb6123fe4d28b
    - UPXのアンパック方法 https://doomo.main.jp/OllyDBG/index_06.htm
    - アンパック手順覚え書き https://www.wivern.com/malware20161101.html
    - Qiita マニュアルアンパックのIAT再構築を手動でやった話 https://qiita.com/yakumo890/items/a458e993dcd37a595a89
    - キヤノンMJ サイバーセキュリティ情報局マルウェアのファイルを暗号化して難読化するツール「AceCryptor」の概要と普及状況の全容を解説 https://eset-info.canon-its.jp/malware_info/special/detail/230803.html
- 第5週：シグネチャマッチング，難読化
  - シグネチャマッチング
    - ClamAV: https://www.clamav.net/
    - YARA: https://virustotal.github.io/yara/
    - Snort: https://www.snort.org/
    - EICAR: https://eicar.org/
    - InSignary Clarity: https://www.insignary.com/
    - GrammaTech CodeSentry: https://www.grammatech.com/codesentry-sca
    - Black Duck: ソフトウェア・コンポジション解析 https://www.synopsys.com/ja-jp/software-integrity/security-testing/software-composition-analysis.html
  - 無料の難読化ツール
    - C言語用： Tigress: https://tigress.wtf/
      学術的に最先端を走る研究グループによる，Cソースコード-to-Cソースコード難読化器
    - ブラウザ上でC/C++の難読化を試せるWebサイト： OBFUSCATOR: https://picheta.me/obfuscator
    - LLVM用： Obfuscator-LLVM: https://github.com/obfuscator-llvm/obfuscator
    - Javaバイトコード用： ProGuard: https://github.com/Guardsquare/proguard
    - JavaScript用： JavaScript Obfuscator (https://github.com/javascript-obfuscator/javascript-obfuscator) とそれをWebブラウザから使えるWebサイト obfuscator.io (https://obfuscator.io/)
    - .NET用： Dotfuscator: https://docs.microsoft.com/ja-jp/visualstudio/ide/dotfuscator/
    - .NET用： ConfuserEx: https://yck1509.github.io/ConfuserEx/
    - Ruby言語用： RubyEncoder: 日本語版: https://rubyencoder.jp/ 英語版: https://www.rubyencoder.com/
    - Proof-of-conceptツール： M/o/Vfuscator: https://github.com/xoreaxeaxeax/movfuscator
      （mov命令だけからなるアセンブリコードにコンパイルするCコンパイラ）
  - 有料の難読化ツール
    - VMProtect https://vmpsoft.com/
    - Oreans Technologies社製品
      - Themida https://www.oreans.com/themida.php
      - WinLicense https://www.oreans.com/WinLicense.php
      - Code Virtualizer https://www.oreans.com/CodeVirtualizer.php
    - ソフトウェアプロテクション「Code Protection」「WhiteBox」 https://www.tjsys.co.jp/embedded/MatrixSSE/index_j.htm
    - PELock https://www.pelock.com/
    - StarForce C/C++ Obfuscator https://www.star-force.com/jp/
    - PreEmptive PROTECTION https://www.agtech.co.jp/preemptive/product/
    - DashO for Java/Android https://www.agtech.co.jp/preemptive/dash_o/product/
    - DeNA DeClang: https://github.com/DeNA/DeClang
    - Javaバイトコード用： yGuard: https://www.yworks.com/products/yguard
    - .NET用： ArmDot: https://www.armdot.com/
    - .NET用： Eazfuscator.NET: https://www.gapotchenko.com/eazfuscator.net
    - .NET用： Babel Obfuscator: https://www.babelfor.net/products/babel-obfuscator/
  - 難読化についての関連情報
    - イベント: The International Obfuscated C Code Contest (IOCCC): https://www.ioccc.org/
    - Wikipedia: 難読化 (ソフトウェア): https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%A3%E8%AA%AD%E5%8C%96_(%E3%82%BD%E3%83%95%E3%83%88%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%82%A2)
    - IT用語辞典e-Words: 難読化 https://e-words.jp/w/%E9%9B%A3%E8%AA%AD%E5%8C%96.html
- 第6週：動的解析
  - トレーサ
    - UNIX
      - strace
      - ltrace
    - Windows
      - System Call Tracer for Windows: https://drmemory.org/page_drstrace.html
      - Windows 上の DTrace: https://learn.microsoft.com/ja-jp/windows-hardware/drivers/devtest/dtrace
      - Sysinternals Process Monitor (Procmon): https://learn.microsoft.com/ja-jp/sysinternals/downloads/procmon
      - Syscall Dumper: https://github.com/joshfinley/SyscallDumper
  - デバッガ
    - gdb
    - IDA Pro: https://hex-rays.com/ida-pro/ IDA Free: https://hex-rays.com/ida-free/
    - RetDec: https://github.com/avast/retdec
    - うさみみハリケーン: https://digitaltravesia.jp/usamimihurricane/HowToUseUsaMimi.html
  - バイナリinstrumentation
    - Intel Pin: https://www.intel.com/content/www/us/en/developer/articles/tool/pin-a-dynamic-binary-instrumentation-tool.html
    - DynamoRIO: https://dynamorio.org/
    - Valgrind: https://valgrind.org/
  - サンドボックス
    - Cuckoo Sandbox: https://cuckoosandbox.org/
    - Windows Sandbox: https://docs.microsoft.com/ja-jp/windows/security/threat-protection/windows-sandbox/windows-sandbox-overview
    - Sandboxie: https://github.com/sandboxie-plus/Sandboxie/
  - コンテナ基盤
    - LXC: https://linuxcontainers.org/lxc/introduction/
    - LXD: https://linuxcontainers.org/lxd/introduction/
    - Docker: https://www.docker.com/
  - エミュレータ
    - QEMU: https://www.qemu.org/
    - Bochs: https://bochs.sourceforge.io/
    - Unicorn Engine: https://github.com/unicorn-engine/unicorn
    - Qiling Framework: https://qiling.io/
  - ハイパバイザ，仮想マシンモニタ
    - VMware: https://www.vmware.com/
    - VirtualBox: https://www.virtualbox.org/
    - Hyper-V: https://docs.microsoft.com/ja-jp/virtualization/hyper-v-on-windows/about/
    - Parallels Desktop: https://www.parallels.com/
- 第7週：ファジングとコードカバレッジ
  - Fuzzer
    - American Fuzzy Lop (AFL) https://github.com/google/AFL
    - Wikipedia: American Fuzzy Lop (software) https://en.wikipedia.org/wiki/American_Fuzzy_Lop_(software)
    - AFL++ https://aflplus.plus/
    - libFuzzer https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html
    - libFuzzer Tutorial https://github.com/google/fuzzing/blob/master/tutorial/libFuzzerTutorial.md
    - OSS-Fuzz https://github.com/google/oss-fuzz
    - Project OneFuzz https://www.microsoft.com/en-us/research/project/project-onefuzz/
  - Code coverage tools
    - gcov https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Gcov.html
    - Coverage.py (for Python) https://coverage.readthedocs.io/en/
    - SimpleCov (for Ruby) https://github.com/simplecov-ruby/simplecov
    - Parasoft C++test, Parasoft Jtest https://docs.parasoft.com/
  - Fuzzing関連の資料
    - 情報処理推進機構（IPA）: ファジング https://www.ipa.go.jp/security/vuln/fuzzing/index.html
    - "An Empirical Study of the Reliability of UNIX Utilities," Communications of the ACM, Vol. 33, No. 12, 1990. https://doi.org/10.1145/96267.96279
    - B. Miller et al., "Fuzz Revisited: A Re-examination of the Reliability of UNIX Utilities and Services," Technical Report, Computer Sciences Department, University of Wisconsin, 1995. http://digital.library.wisc.edu/1793/59964
- 第8週：解析回避と環境fingerprinting
  - Paranoid Fish (Pafish) https://github.com/a0rtega/pafish
  - Al-Khaser https://github.com/LordNoteworthy/al-khaser
  - InviZzzible https://github.com/CheckPointSW/InviZzzible
  - Sems https://github.com/AlicanAkyol/sems
- 第9週：シンボリック実行
  - ツール
    - angr: https://angr.io/
    - Triton: https://triton-library.github.io/
    - KLEE: http://klee.github.io/
  - 解説論文
    - R. Baldoni et al., "A Survey of Symbolic Execution Techniques," ACM Computing Surveys, Vol. 51, No. 3, 2018. https://doi.org/10.1145/3182657
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