Automated Security Analysis of Web Application Technologies

Abstract

TheWeb today is a complex universe of pages and applications teeming with interactive content that we use for commercial and social purposes. Accordingly, the security of Web applications has become a concern of utmost importance. Devising automated methods to help developers to spot security flaws and thereby make the Web safer is a challenging but vital area of research. In this thesis, we leverage static analysis methods to automatically discover vulnerabilities in programs written in JavaScript or PHP. While JavaScript is the number one language fueling the client-side logic of virtually every Web application, PHP is the most widespread language on the server side. In the first part, we use a series of program transformations and information flow analysis to examine the JavaScript Helios voting client. Helios is a stateof- the-art voting system that has been exhaustively analyzed by the security community on a conceptual level and whose implementation is claimed to be highly secure. We expose two severe and so far undiscovered vulnerabilities. In the second part, we present a framework allowing developers to analyze PHP code for vulnerabilities that can be freely modeled. To do so, we build socalled code property graphs for PHP and import them into a graph database. Vulnerabilities can then be modeled as appropriate database queries. We show how to model common vulnerabilities and evaluate our framework in a large-scale study, spotting hundreds of vulnerabilities.

DasWeb hat sich zu einem komplexen Netz aus hochinteraktiven Seiten und Anwendungen entwickelt, welches wir täglich zu kommerziellen und sozialen Zwecken einsetzen. Dementsprechend ist die Sicherheit von Webanwendungen von höchster Relevanz. Das automatisierte Auffinden von Sicherheitslücken ist ein anspruchsvolles, aber wichtiges Forschungsgebiet mit dem Ziel, Entwickler zu unterstützen und das Web sicherer zu machen. In dieser Arbeit nutzen wir statische Analysemethoden, um automatisiert Lücken in JavaScript- und PHP-Programmen zu entdecken. JavaScript ist clientseitig die wichtigste Sprache des Webs, während PHP auf der Serverseite am weitesten verbreitet ist. Im ersten Teil nutzen wir eine Reihe von Programmtransformationen und Informationsflussanalyse, um den JavaScript HeliosWahl-Client zu untersuchen. Helios ist ein modernesWahlsystem, welches auf konzeptueller Ebene eingehend analysiert wurde und dessen Implementierung als sehr sicher gilt. Wir enthüllen zwei schwere und bis dato unentdeckte Sicherheitslücken. Im zweiten Teil präsentieren wir ein Framework, das es Entwicklern ermöglicht, PHP Code auf frei modellierbare Schwachstellen zu untersuchen. Zu diesem Zweck konstruieren wir sogenannte Code-Property-Graphen und importieren diese anschließend in eine Graphdatenbank. Schwachstellen können nun als geeignete Datenbankanfragen formuliert werden. Wir zeigen, wie wir herkömmliche Schwachstellen modellieren können und evaluieren unser Framework in einer groß angelegten Studie, in der wir hunderte Sicherheitslücken identifizieren.