CC BY
1
Алгоритм защиты программного обеспечения от незаконного
копирования
А.П. Медведев Иркутский государственный университет путей сообщения
Аннотация: С развитием цифровизации всех сфер жизни общества кратно возрастает и актуальность разработки нового программного обеспечения, а следовательно и методов его защиты от незаконного копирования и воспроизведения. Основные риски связаны как со взломом готового релиза, так и с утечкой отдельных сегментов кода еще на этапе разработки. При этом шансы утечки напрямую зависят как от количества вовлеченных на разных этапах в процесс разработки специалистов, так и количества самих этапов. Целью данной работы является разработка встраиваемого модуля, направленного на защиту программного обеспечения или отдельных его элементов от незаконного копирования и дальнейшего воспроизведения.
Ключевые слова: защита программного обеспечения, защита информации, встраиваемый модуль защиты, привязка к аппаратным средствам.
Задача защиты программного обеспечения является неотъемлемой часть процесса разработки. Вместе с тем, на текущий момент не существует единого подхода к реализации самих методов защиты программ от незаконного копирования и воспроизведения. Большая часть методов защиты, как правило, базируются на методах скрытия программного кода [1] или привязки программного обеспечения к аппаратной составляющей. Так, в работе [2] описаны два метода привязки программного обеспечения к аппаратному окружению: автоматическая защита и защита при помощи API-функций. В работе [3] рассматриваются подходы с точки зрения общего разделения методов на программные и аппаратные. В работе [4] представлен способ создания программ, скрывающий возможность отслеживая выполнения кода. В работе [5] рассматривается подход, состоящий в использовании фиктивных операций для сокрытия деталей алгоритма, выполняемого процессором, а публикация [6] призывает оценивать алгоритм защиты программного обеспечения с точки зрения разных уровней абстракций.
Нельзя не отметить также опыт защиты программного обеспечения на базе имеющихся криптографических систем защиты информации, описанных в [7] и методов защиты с использованием графических составляющих [8]. Существуют также алгоритмы, направленные на защиту потока обработки данных на основе динамической фрагментации [9]. Не перестает также быть актуальным и классический подход к защите программного обеспечения, на основе скрытия функций [10] и скрытия кода на основе алгоритмов AES [11]. В данной работе рассматривается метод, по своим характеристикам относящийся к семейству методов «Автоматической защиты», описанном в работе [1], имеющий при этом несколько особенностей, существенно повышающих его стойкость к взлому.
Условно, представленный алгоритм защиты программного обеспечения состоит из нескольких этапов:
- этап создания запроса (встраиваемый в код или в качестве отдельного приложения), на основе которого впоследствии будет сгенерирован уникальный ключ;
- этап генерации ключа;
- этап проверки ключа (встраиваемый в программное обеспечение).
В качестве примера реализации алгоритма был выбран язык программирования C#.
В качестве функции преобразования (шифрования) была выбрана функция на основе оператора XOR (исключающее ИЛИ), являющимся обратимой функцией.
Таким образом, функция шифрования будет иметь вид: char SecretFunction(char character, ushort Key){
character = (char)(character A Key);
return character;}
М Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n5y2024/9185
Представленный алгоритм использует несколько наборов ключей -ключ пользователя и два ключа защиты. Ключ пользователя (кеу_шег) предназначен для создания уникального идентификатора (хэша) оборудования конечного пользователя. Ключи защиты, состоящие из двух наборов ключей (весге1Кеу1, весге1Кеу2), необходимы для защиты самого уникального ключа и случайной вставки («балласта»).
Этап создания запроса В общем виде процесс создания запроса представляет собой сбор идентификаторов выбранного перечня оборудования, к которому осуществляется привязка, шифрование этого набора ключом пользователя и дальнейшая запись в файл запроса.
На рис.1 изображена логическая блок-схема работы алгоритма запроса ключа.
Вывод: БепаМс) Вывод: зЬИМй
Рис.1. Схема работы алгоритма на этапе запроса ключа
В качестве примера реализации запроса приведем фрагмент кода генерации запроса, основанном на связке серийных номеров материнской платы, жесткого диска и процессора:
кеу_шег = 0x0001; (1)
8епа1_1ё=МоШегВоагёГО+Уо1ите8епа1[мУо1ите8епаШитЬегм].То81гт§().Тп т() + РгосеББогГО; ЮгеасИ (уаг с т БепаЫё)
+= 8есге1Еипс1:юп(с, кеу_шег);
и
Далее в работе будем рассматривать пример, когда полученная последовательность-строка записывается в файл запроса request.dat.
Этап генерации ключа На этом этапе, в качестве примера, определим следующие переменные:
secretKey1 = 0x0008; secretKey2 = 0x0022;
string name_add = "текст"; (выбирается произвольно) string name = "имя"; (задается вручную) shifr_id = "mu!rushof@18@0DCECGDCGCGG111@1742"; Схематично этап генерации представлен на рис.2.
(2)
(3)
(4)
Рис.2. Схема работы алгоритма на этапе генерации ключа
Шифруем переменную shifr_id двумя ключами и объединяем истинную часть и «балластную»: foreach (var c in shifr_id)
shifr_id1 += SecretFunction(c, secretKey1); foreach (var c1 in shifr_id)
shifr_id2 += SecretFunction(c1, secretKey2); key = shifr_id1+ shifr_id2;
Шифруем имя пользователя (name) и добавляем случайный текст (name_add), шифрованный на другом ключе:
foreach (var c3 in name)
name_tmp1 += SecretFunction(c3, secretKey1); foreach (var c4 in name_add)
name_tmp2 += SecretFunction(c4, secretKey2); name = name_tmp1+name_tmp2;
Далее в работе будем считать, что обе переменные были записаны в файл лицензии keyfile.dat, где первая строка - переменная key, вторая - name.
Этап проверки ключа Итак, файл ключа представляет собой текстовый документ, состоящий из двух строк, где первая строка (key) содержит в себе шифрованную информацию и «балласт», вторая строка (name) - шифрованные имя пользователя и случайный текст.
На этапе проверки ключа производится сбор серийных номеров оборудования, к которому осуществляется привязка и шифрование аналогично этапу создания запроса. Далее производится работа с полученным ключевым файлом на предмет отделения ключевой информации и имени от «балласта» и случайного текста, а затем их дешифрование на ключе защиты (secretKey1). Вычисленные и полученные из файла данные ключей сравниваются, на основании чего делается вывод об истинности соответствия ключа лицензии и аппаратных средств. На рис.3 изображена логическая блок-схема работы алгоритма этапа проверки ключа.
М Инженерный вестник Дона, №5 (2024) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n5y2024/9185
Рис.3. Схема работы алгоритма на этапе проверки ключа Аналогично алгоритму запроса серийные номера оборудования шифруются ключом юзера (1).
serial_id=MotherBoardID+VolumeSerial[MVolumeSerialNumberM].ToString().Tri m() + ProcessorlD; foreach (var c in serial_id)
shifr_id += SecretFunction(c, key_user); Считываем из файла keyfile.dat переменную name:
string name = File.ReadLines(Application.StartupPath.ToString() + "\\keyfile.dat",
Encoding.Default).Skip(1).First();
Расшифровываем name из файла:
foreach (var c in name)
realname += TopSecret(c, secretKeyl); где realname - переменная, содержащая имя и случайный текст («балласт»). Отделяем имя от случайного текста: string name_true = realname.Substring(5); где 5-длина переменной текста (4) Работаем с ключом, cчитываем из файла:
string key = File.ReadLines(Application.StartupPath.ToString() + "\\keyfile.dat",
Encoding.Default).Skip(0).First();
Отделяем вторую половину («балласт»):
string vtor_pol = key.Substring(key.Length / 2);
string per_pol = key.Remove(n, vtor_pol.Length); //Обрезали первую половину
строки (пока еще шифрованную)
Расшифровываем первую половину строки:
var key_tmp = per_pol.ToArray(); //преобразуем строку в символы
foreach (var c in key_tmp)
realkey += SecretFunction (c, secretKeyl);
где realkey - расшифрованный и очищенный от «балласта» ключ, который
должен быть равен переменной shifr_id, то есть сборному serial_id
оборудования пользователя, зашифрованном на ключе пользователя
(key_user).
Проверяем:
if (realkey == shifr_id)
{активация функционала программы}
else
{выход}
Приведенный в работе вариант алгоритма защиты программ может иметь множество модификаций по аппаратному перечню, к которому идет привязка, по длине «балластных» величин, по количеству ключей шифрования и их последовательности. Среди несомненных преимуществ можно отметить быструю скорость внедрения и возможность использовать как самостоятельно, так и в сочетании с другими механизмами защиты.
Литература
1. Behera C., Bhaskari L. Different Obfuscation Techniques for Code Protection // Procedia Computer Science, 2015, Vol. 70, pp. 757-763.
2. Барсуков О.М., Сидоренко И.А., Коренев М.О. Программный модуль защиты информации от незаконного копирования // Актуальные проблемы деятельности подразделений УИС, 2014, С. 43-45.
3. Аверин А.А., Рогожникова Е.Г. Защита программного обеспечения от незаконного копирования // Певзнеровские чтения, 2014, №1, С.5-11.
4. Goldreich O. Towards a Theory of Software Protection (Extended Abstract) // Advances in Cryptology — CRYPTO' 86. Lecture Notes in Computer Science, 1987, Vol. 263, pp. 426-439.
5. Hollmann H.D.L.,Linnartz J.P.M.G., J.H.van Lint, Baggen C.P.M.J., Tolhuizen L.M.G. Protection of software algorithms executed on secure modules // Future Generation Computer Systems, 1997, Vol. 13, Issue 1, pp. 55-63.
6. Swinson J. Copyright or Patent or Both: An Algorithmic Approach to Computer Software Protection // Harv. JL & Tech, 1991, Vol.5, pp.145-214.
7. Маро.Е.А. Алгебраический анализ стойкости криптографических систем защиты информации // Инженерный вестник Дона, 2013, №4. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1996.
8. Панкратов С.А. Использование графической информации для защиты программного и информационного обеспечения // Инженерный вестник Дона, 2012, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/792.
9. Huang J., Kong X. Research on Data Privacy Security Comprehensive Protection Program Based on Computer Data Protection Algorithm // 2023 IEEE International Conference on Image Processing and Computer Applications (ICIPCA), 2023, pp. 325-329.
10. Sander T., Tschudin C.F. On Software Protection via Function Hiding // Information Hiding. IH 1998. Lecture Notes in Computer Science, 1998, Vol. 1525, pp. 111-123.
11. Ismanto R., Salman M. Improving Security Level through Obfuscation Technique for Source Code Protection using AES Algorithm // Proceedings of the 2017 7th International Conference on Communication and Network Security, 2017, pp. 18-22.
References
1. Behera C., Bhaskari L. Procedia Computer Science, 2015, Vol. 70, pp. 757-763.
2. Barsukov O.M.,Sidorenko I.A., Korenev M.O. Aktual'nye problemy deyatel'nosti podrazdeleniy UIS, 2014, pp. 43-45.
3. Averin A.A., Rogozhnikova E.G. Pevznerovskie chteniya, 2014, №1, pp.
5-11.
4. Goldreich O. Advances in Cryptology — CRYPTO' 86. Lecture Notes in Computer Science, 1987, Vol. 263, pp. 426-439.
5. Hollmann H.D.L.,Linnartz J.P.M.G., J.H.van Lint, Baggen C.P.M.J., Tolhuizen L.M.G. Future Generation Computer Systems, 1997, Vol. 13, Issue 1, pp. 55-63.
6. Swinson J. Harv. JL & Tech, 1991, Vol.5, pp. 145-214.
7. Maro.E.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2013, №4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1996.
8. Pankratov S.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2012, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/792.
9. Huang J., Kong X. 2023 IEEE International Conference on Image Processing and Computer Applications (ICIPCA), 2023, pp. 325-329.
10. Sander T., Tschudin C.F. Information Hiding. IH 1998. Lecture Notes in Computer Science, 1998, Vol. 1525, pp. 111-123.
11. Ismanto R., Salman M. Proceedings of the 2017 7th International Conference on Communication and Network Security, 2017, pp. 18-22.
Дата поступления: 11.03.2024 Дата публикации: 22.04.2024
