Towards Principled Dynamic Analysis on Android

Abstract

The vast amount of information and services accessible through mobile handsets running the Android operating system has led to the tight integration of such devices into our daily routines. However, their capability to capture and operate upon user data provides an unprecedented insight into our private lives that needs to be properly protected, which demands for comprehensive analysis and thorough testing. While dynamic analysis has been applied to these problems in the past, the corresponding literature consists of scattered work that often specializes on sub-problems and keeps on re-inventing the wheel, thus lacking a structured approach. To overcome this unsatisfactory situation, this dissertation introduces two major systems that advance the state-of-the-art of dynamically analyzing the Android platform. First, we introduce a novel, fine-grained and non-intrusive compiler-based instrumentation framework that allows for precise and high-performance modification of Android apps and system components. Second, we present a unifying dynamic analysis platform with a special focus on Android’s middleware in order to overcome the common challenges we identified from related work. Together, these two systems allow for a more principled approach for dynamic analysis on Android that enables comparability and composability of both existing and future work.

Die enorme Menge an Informationen und Diensten, die durch mobile Endgeräte mit dem Android Betriebssystem zugänglich gemacht werden, hat zu einer verstärkten Einbindung dieser Geräte in unseren Alltag geführt. Gleichzeitig erlauben die dabei verarbeiteten Benutzerdaten einen beispiellosen Einblick in unser Privatleben. Diese Informationen müssen adäquat geschützt werden, was umfassender Analysen und gründlicher Prüfung bedarf. Dynamische Analysetechniken, die in der Vergangenheit hier bereits angewandt wurden, fokussieren sich oftmals auf Teilprobleme und reimplementieren regelmäßig bereits existierende Komponenten statt einen strukturierten Ansatz zu verfolgen. Zur Überwindung dieser unbefriedigenden Situation stellt diese Dissertation zwei Systeme vor, die den Stand der Technik dynamischer Analyse der Android Plattform erweitern. Zunächst präsentieren wir ein compilerbasiertes, feingranulares und nur geringfügig eingreifendes Instrumentierungsframework für präzises und performantes Modifizieren von Android Apps und Systemkomponenten. Anschließend führen wir eine auf die Android Middleware spezialisierte Plattform zur Vereinheitlichung von dynamischer Analyse ein, um die aus existierenden Arbeiten extrahierten, gemeinsamen Herausforderungen in diesem Gebiet zu überwinden. Zusammen erlauben diese beiden Systeme einen prinzipienorientierten Ansatz zur dynamischen Analyse, welcher den Vergleich und die Zusammenführung existierender und zukünftiger Arbeiten ermöglicht.