Mitigating security and privacy threats from untrusted application components on Android

Abstract

Aufgrund von Androids datenzentrierter und Open-Source Natur sowie von fehlerhaften/bösartigen Apps durch das lockere Marktzulassungsverfahren, ist die Privatsphäre von Benutzern besonders gefährdet. Diese Dissertation präsentiert eine Reihe von Forschungsarbeiten, die die Bedrohung der Sicherheit/Privatsphäre durch nicht vertrauenswürdige Appkomponenten mindern. Die erste Arbeit stellt eine Compiler-basierte Kompartmentalisierungslösung vor, die Privilegientrennung nutzt, um eine starke Barriere zwischen der Host-App und Bibliothekskomponenten zu etablieren, und somit sensible Daten vor der Kompromittierung durch neugierige/bösartige Werbe-Bibliotheken schützt. Für fehleranfällige Bibliotheken von Drittanbietern implementieren wir in der zweiten Arbeit ein auf API-Kompatibilität basierendes Bibliothek-Update-Framework, das veraltete Bibliotheken durch Drop-Ins aktualisiert, um das durch Bibliotheken verursachte Zeitfenster der Verwundbarkeit zu minimieren. Die neueste Arbeit untersucht die missbräuchliche Nutzung von privilegierten Accessibility(a11y)-Funktionen in bösartigen Apps. Wir zeigen ein datenschutzfreundliches a11y-Framework, das die a11y-Logik wie eine Pipeline behandelt, die aus mehreren Modulen besteht, die in verschiedenen Sandboxen laufen. Weiterhin erzwingen wir eine Flusskontrolle über die Kommunikation zwischen den Modulen, wodurch die Angriffsfläche für den Missbrauch von a11y-APIs verringert wird, während die Vorteile von a11y erhalten bleiben.

While Android’s data-intensive and open-source nature, combined with its less-than-strict market approval process, has allowed the installation of flawed and even malicious apps, its coarse-grained security model and update bottleneck in the app ecosystem make the platform’s privacy and security situation more worrying. This dissertation introduces a line of works that mitigate privacy and security threats from untrusted app components. The first work presents a compiler-based library compartmentalization solution that utilizes privilege separation to establish a strong trustworthy boundary between the host app and untrusted lib components, thus protecting sensitive user data from being compromised by curious or malicious ad libraries. While for vulnerable third-party libraries, we then build the second work that implements an API-compatibility-based library update framework using drop-in replacements of outdated libraries to minimize the open vulnerability window caused by libraries and we perform multiple dynamic tests and case studies to investigate its feasibility. Our latest work focuses on the misusing of powerful accessibility (a11y) features in untrusted apps. We present a privacy-enhanced a11y framework that treats the a11y logic as a pipeline composed of multiple modules running in different sandboxes. We further enforce flow control over the communication between modules, thus reducing the attack surface from abusing a11y APIs while preserving the a11y benefits.