Retrofitting privacy controls to stock Android

Abstract

Android ist nicht nur das beliebteste Betriebssystem für mobile Endgeräte, sondern auch ein ein attraktives Ziel für Angreifer. Um diesen zu begegnen, nutzt Androids Sicherheitskonzept App-Isolation und Zugangskontrolle zu kritischen Systemressourcen. Nutzer haben dabei aber nur wenige Optionen, App-Berechtigungen gemäß ihrer Bedürfnisse einzuschränken, sondern die Entwickler entscheiden über zu gewährende Berechtigungen. Androids Sicherheitsmodell kann zudem nicht durch Dritte angepasst werden, so dass Nutzer zum Schutz ihrer Privatsphäre auf die Gerätehersteller angewiesen sind. Diese Dissertation präsentiert einen Ansatz, Android mit umfassenden Privatsphäreeinstellungen nachzurüsten. Dabei geht es konkret um Techniken, die ohne Modifikationen des Betriebssystems oder Zugriff auf Root-Rechte auf regulären Android-Geräten eingesetzt werden können. Der erste Teil dieser Arbeit etabliert Techniken zur Durchsetzung von Sicherheitsrichtlinien für Apps mithilfe von inlined reference monitors. Dieser Ansatz wird durch eine neue Technik für dynamic method hook injection in Androids Java VM erweitert. Schließlich wird ein System eingeführt, das prozessbasierte privilege separation nutzt, um eine virtualisierte App-Umgebung zu schaffen, um auch komplexe Sicherheitsrichtlinien durchzusetzen. Eine systematische Evaluation unseres Ansatzes konnte seine praktische Anwendbarkeit nachweisen und mehr als eine Million Downloads unserer Lösung zeigen den Bedarf an praxisgerechten Werkzeugen zum Schutz der Privatsphäre.

Android is the most popular operating system for mobile devices, making it a prime target for attackers. To counter these, Android’s security concept uses app isolation and access control to critical system resources. However, Android gives users only limited options to restrict app permissions according to their privacy preferences but instead lets developers dictate the permissions users must grant. Moreover, Android’s security model is not designed to be customizable by third-party developers, forcing users to rely on device manufacturers to address their privacy concerns. This thesis presents a line of work that retrofits comprehensive privacy controls to the Android OS to put the user back in charge of their device. It focuses on developing techniques that can be deployed to stock Android devices without firmware modifications or root privileges. The first part of this dissertation establishes fundamental policy enforcement on thirdparty apps using inlined reference monitors to enhance Android’s permission system. This approach is then refined by introducing a novel technique for dynamic method hook injection on Android’s Java VM. Finally, we present a system that leverages process-based privilege separation to provide a virtualized application environment that supports the enforcement of complex security policies. A systematic evaluation of our approach demonstrates its practical applicability, and over one million downloads of our solution confirm user demand for privacy-enhancing tools.