От несанкционированного копирования

Цель: Изучить общую модульную структуру системы защиты ПО от несанкционированного копирования, её базовые подсистемы, особенности их функционирования и взаимосвязь.

План лекции

1. Методы взлома программного обеспечения.

2. Программно-аппаратные средства защиты ПО от несанкционированного использования

Введение

Защита программного обеспечения – комплекс мер, направленных на защиту программного обеспечения от несанкционированного приобретения, использования, распространения, модифицирования, изучения и воссоздания аналогов.

Защита от несанкционированного использования программ – система мер, направленных на противодействие нелегальному использованию программного обеспечения. При защите могут применяться организационные, юридические, программные и программно-аппаратные средства.

Защита от копирования к программному обеспечению применяется редко, в связи с необходимостью его распространения и установки на компьютеры пользователей. Однако, от копирования может защищаться лицензия на приложение (при распространении на физическом носителе) или его отдельные алгоритмы.

Существует проблема, связанная с недостатком ресурсов (в том числе временных) у разработчиков ПО. Им может не хватать времени, финансов или квалификации на реализацию собственной (встроенной) стойкой защиты. Они вынуждены пользоваться сторонними автоматическими средствами защиты ПО. Эти средства пристыковывают к скомпилированной программе защитный модуль. Преимущество такой защиты в том, что её можно установить на любую программу (даже без доступа к исходному коду программы). Недостаток в самом подходе – «шаблонности» метода. Стандартные (пристыковочные) защиты имеют большую вероятность быть взломанными, так как устанавливаются на несколько программ и тем самым обеспечивают спрос на рынке взлома.

Тем не менее, автоматические средства затрудняют взлом программы. Их иногда целесообразно использовать либо когда защиты нет вообще, либо в совокупности с реализацией собственной уникальной защиты.

1 Методы взлома программного обеспечения

Прежде чем говорить о защите ПО от несанкционированного копирования, рассмотрим методы, применяемые злоумышленниками для несанкционированного использования проприетарного (являющегося частной собственностью авторов или правообладателей) программного обеспечения.

Практически любой взлом сводится к использованию одного из следующих способов:

§ Ввод серийного номера (регистрационного кода) – взлом программы посредством введения правильного регистрационного ключа (или фразы), полученного нелегальным способом. Ключ может генерироваться на основе какой-либо информации (имени владельца ПО, характеристик аппаратной части компьютера, и т.п.), либо иметь фиксированное значение. Для генерации регистрационного ключа используется тот же алгоритм, что и в программе.

Примечание1: Регистрационный код может распространяться в ключевом файле (файле лицензии) (англ. keyfile), который обычно помещается в каталог с установленной программой.

Примечание2: Для массового взлома, зачастую, создаётся (и в дальнейшем используется) генератор ключей –программа для генерации регистрационных ключей. Данный вид взлома наиболее востребован (особенно, когда программа часто обновляется или рег. ключ генерируется на основе какой-то информации и поэтому наиболее ценится. Как правило, требует бо́льшей квалификации взломщика по сравнению с другими видами взлома, но не всегда.

§ Использование загрузчика (жарг. лоадер) (англ. loader) – способ обходить некоторые виды защиты ПО, заключающиеся в использовании внешних (навесных) систем защиты. Состоит в изменении определённых фрагментов программы в оперативной памяти сразу после её загрузки в эту память, но перед её запуском (то есть перед выполнением кода в точке входа).

§ Применение (бинарного) патча – способ, похожий на «загрузчик», но модификация производится статически в файлах программы. Как правило, это один из самых простых и быстрых способов взлома ПО.

§ Использование взломанной версии файла(ов) – способ заключается в подмене оригинальных файлов программы файлами, которые уже взломаны.

§ Использование эмулятора ключа (англ. key emulator) – способ используется для обмана защит, построенных на использовании электронного ключа (как правило, подключаемого к LPT или USB порту компьютера). Заключается в снятии дампа внутренней памяти ключа. Файл с содержимым этой памяти подаётся на вход специальной программы – эмулятора, которая подключает свой драйвер-фильтр в стек драйверов и обманывает защищённую программу, эмулируя работу с аппаратным ключом. В случаях наличия в программе обращений к ключу для аппаратного шифрования участка памяти этот метод используется в связке с методом Бинарный патч. Современные аппаратные ключи настолько сложны, что, при грамотном их применении, возможно создать защиту, фактически не поддающуюся взлому.

При взломе сложных защит, а также при необходимости достичь максимального эффекта, применяется комбинация вышеперечисленных способов. В редких случаях, это происходит при недостаточной квалифицированности взломщика.

Этот список не является исчерпывающим, а лишь обозначает наиболее встречаемые способы взлома.

Вид взлома, в большинстве случаев, обусловлен видом защиты. Для некоторых защит возможно использовать различные виды взлома, для других– способ может быть единственным.

Как правило, в основе работы крэкера лежит исследование ассемблерного кода, полученного из машинных инструкций с помощью специально предназначенной для этого программы-дизассемблера. В зависимости от выбранного способа взлома, результат исследования может использоваться, например, для построения генератора ключей или для внесения необходимых изменений в исполняемый файл. Последний способ в большинстве случаев наиболее лёгкий, так как не требует изучения алгоритма проверки правильности ключа: зачастую взлом сводится к поиску проверки нескольких условий (наподобие «Введённое Число равно Эталонному Числу?») и замене такого условия на безусловный переход (goto, jmp), или, реже, на противоположное (то есть для данного примера на «Введённое Число не равно Эталонному Числу?»).

Кроме того, внесение изменений в исполняемый файл (патч) может производиться с целью отключения нежелательных действий со стороны программы (например, напоминание о необходимости регистрации), сокращения функциональности программы. В этих случаях, часто, соответствующие команды процессору заменяются на байты со значением 90h (в шестнадцатеричной системе счисления), что соответствует ассемблерной команде nop (No Operation), то есть «пустой команде», не выполняющей никаких действий. Если таких команд много, то применяется безусловный переход (перепрыгивание ненужного кода). Возможно также расширение возможностей программы написанием дополнительного кода, но, как правило, это слишком трудоёмкий процесс, не оправдывающий временных затрат.

Между тем, патч возможен, как правило, в том случае, когда исполняемый файл программы не защищён специальными «пакерами» и «протекторами» – программами, скрывающими реальный код исполняемого файла. Для последнего типа программ зачастую используется самая интеллектуальная часть обратной разработки (англ. reverse engineering) – исследование кода программы при помощи отладчика и создание генератора ключей, но возможны и другие решения, например, создание загрузчика.

2 Программно-аппаратные средства защиты ПО

от несанкционированного использования

2.1 Локальная программная защита

Требование ввода серийного номера (ключа) при установке/запуске. История этого метода началась тогда, когда приложения распространялись только на физических носителях (к примеру, компакт-дисках). На коробке с диском был напечатан серийный номер, подходящий только к данной копии программы.

С распространением сетей очевидным недостатком стала проблема распространения образов дисков и серийных номеров по сети. Поэтому в настоящий момент метод используется только в совокупности одним или более других методов (к примеру, организационных).

2.2 Сетевая программная защита

2.2.1 Локальная

Сканирование сети исключает одновременный запуск двух программ с одним регистрационным ключом на двух компьютерах в пределах одной локальной сети.

Недостаток в том, что брандмауэр можно настроить так, чтобы он не пропускал пакеты, принадлежащие защищённой программе. Правда, настройка брандмауэра требует некоторых пользовательских навыков. Кроме того, приложения могут взаимодействовать по сети (к примеру, при организации сетевой игры). В этом случае брандмауэр должен пропускать такой трафик.

2.2.2 Глобальная

Если программа работает с каким-то централизованным сервером и без него бесполезна (например, серверы онлайн-игр, серверы обновлений антивирусов), то она может передавать серверу свой серийный номер; если номер неправильный, сервер отказывает в услуге. Недостаток в том, что, существует возможность создать сервер, который не делает такой проверки. Например, существовал сервер battle.da, который по функциям был аналогичен Battle.net, но пускал пользователей неавторизованных копий игр. Сейчас этот сервер закрыт, но существует немалое количество PvPGN-серверов, которые также не проверяют регистрационные номера.

2.3 Защита при помощи компакт-дисков

Программа может требовать оригинальный компакт-диск. В частности, такой способ применяется в играх. Стойкость таких защит невелика, ввиду широкого набора инструментов снятия образов компакт-дисков.

Как правило, этот способ защиты применяется для защиты программ, записанных на этом же компакт-диске, являющимся одновременно ключевым.

Для защиты от копирования используется:

§ запись информации в неиспользуемых секторах;

§ проверка расположения и содержимого «сбойных» секторов;

§ проверка скорости чтения отдельных секторов.

Первые два метода практически бесполезны из-за возможности снятия полного образа с диска с использованием соответствующего прикладного ПО. Третий метод считается более надежным (используется, в частности, в защите StarForce). Но существуют программы, которые могут эмулировать диски с учётом геометрии расположения данных, тем самым обходя и эту защиту. В StarForce, в числе прочих проверок, также выполняется проверка возможности записи на вставленный диск. Если она возможна, то диск считается не лицензионным. Однако, если образ будет записан на диск CD-R, то указанная проверка пройдет. Возможно также скрыть тип диска, чтобы CD-R или CD-RW был виден как обычный CD-ROM. Однако, в драйвер защиты может быть встроена проверка на наличие эмуляции.

В настоящее время наибольшую известность в мире имеют системы защиты от копирования SecuROM, StarForce, SafeDisc, CD-RX и Tages.

Для многих программ указанный метод защиты недоступен ввиду отличного способа распространения (например, shareware-программы).

2.4 Защита при помощи электронных ключей

Электронный ключ (донгл), вставленный в один из портов компьютера (с интерфейсом USB, LPT или COM) содержит ключевые данные, называемые также лицензией, записанные в него разработчиком защищенной программы. Защита программы основывается на том, что только ему (разработчику) известен полный алгоритм работы ключа. Типы ключевых данных:

§ информация для чтения/записи (в настоящий момент практически не применяется, так как после считывания ключ может быть сэмулирован);

§ ключи аппаратных криптографических алгоритмов (используется наиболее часто);

§ алгоритмы, созданные разработчиком программы (ставший доступным сравнительно недавно метод, в связи с появлением электронных ключей с микропроцессором, способным исполнять произвольный код; в настоящее время используется все чаще).

Достоинства защиты с использованием электронных ключей:

§ ключ можно вставлять в любой компьютер, на котором необходимо запустить программу;

§ ключ не занимает/не требует наличия дисковода;

§ электронный ключ умеет выполнять криптографические преобразования

§ современные ключи могут исполнять произвольный код, помещаемый в них разработчиком защиты (пример – Guardant Code, Senselock).

Стойкость защиты основывается на том, что ключевая информация защиты (криптографические ключи, загружаемый код) не покидает ключа в процессе работы с ним.

Основные недостатки:

§ цена (15 – 30 долларов за штуку);

§ необходимость доставки ключа конечному пользователю.

Ранее к недостаткам можно было также отнести невысокое быстродействие ключа (в сравнении с CPU компьютера). Однако современные ключи достигают производительности в 1,25 DMIPS (пример HASP, Guardant), а техника защиты с их помощью не предполагает постоянного обмена с ключом.

Существовавшие также ранее проблемы с установкой ключа на определенные аппаратные платформы в настоящий момент решена при помощи сетевых ключей (которые способны работать с одной или более копиями защищенного приложения, просто находясь с ним в одной локальной сети) и с помощью программных или аппаратных средств «проброса» USB-устройств по сети.

2.5 Привязка к параметрам компьютера и активация

Привязка к информации о пользователе/серийным номерам компонентов его компьютера и последующая активация программного обеспечения в настоящий момент используется достаточно широко (пример: ОС Windows).

В процессе установки программа подсчитывает код активации – контрольное значение, однозначно соответствующее установленным комплектующим компьютера и параметрам установленной ОС. Это значение передается разработчику программы. На его основе разработчик генерирует ключ активации, подходящий для активации приложения только на указанной машине (копирование установленных исполняемых файлов на другой компьютер приведет к неработоспособности программы).

Достоинство в том, что не требуется никакого специфического аппаратного обеспечения, и программу можно распространять посредством цифровой дистрибуции (по Интернет).

Основной недостаток: если пользователь производит модернизацию компьютера (в случае привязки к железу), защита отказывает. Авторы многих программ в подобных случаях готовы дать новый регистрационный код. Например, Microsoft в Windows XP разрешает раз в 120 дней генерировать новый регистрационный код (но в исключительных случаях, позвонив в службу активации, можно получить новый код и после окончания этого срока).

В качестве привязки используются, в основном, серийный номер BIOS материнской платы, серийный номер винчестера. В целях сокрытия от пользователя данные о защите могут располагаться в неразмеченной области жесткого диска.

До недавнего времени такие защиты разрабатывались и внедрялись разработчиками самого программного продукта. Однако сейчас существуют SDK для работы с программными ключами, например HASP SL от компании Aладдин Р.Д. Также все большее распространение получают сервисы, предлагающие одновременно функционал «навесной» защиты и серверы активации/лицензирования (пример – Guardant Online, Protect online).

2.6 Защита программ от копирования путём переноса их в онлайн

Другим направлением защиты программ является использование подхода SaaS, то есть предоставление функционала этих программ (всего или части), как сервиса. При этом код программы расположен и исполняется на сервере, доступном в глобальной сети. Доступ к нему осуществляется по принципу тонкого клиента. Это один из немногих случаев, когда реализуется защита от копирования.

Код исполняется на «доверенной» стороне, откуда не может быть скопирован.

Однако, и здесь возникает ряд проблем, связанных с безопасностью:

§ стойкость такой защиты зависит, прежде всего, от защищенности серверов, на которых он исполняется (речь идет о Интернет-безопасности);

§ важно обеспечение конфиденциальности запросов, аутентификации пользователей, целостности ресурса (возможности «горячего» резервирования), и доступности решения в целом.

Возникают также вопросы доверия сервису (в том числе правовые), так как ему фактически «в открытом виде» передаются как само ПО, так и данные, которые оно обрабатывает (к примеру, персональные данные пользователей).

2.7 Защита кода от анализа

Можно выделить здесь отдельно средства защиты непосредственно кода приложения от анализа и использования в других программах. В частности, применяются обфускаторы – программы для запутывания кода с целью защиты от его анализа, модификации и несанкционированного использования.

2.8 Защита программного обеспечения на мобильных платформах

Способы защиты программного обеспечения для мобильных платформ от копирования обычно основываются на невозможности рядового пользователя считывать/изменять хранящиеся в ППЗУ аппарата данные. Может также использоваться активация программного обеспечения.

2.9 Устаревшие технические средства защиты

В прошлом применялись и другие методы защиты ПО от нелегального использования.

Ключевая дискета. Метод был распространен во времена MS-DOS, сейчас, в силу устаревания технологии FDD, практически не применяется. Есть четыре основных способа создания некопируемых меток на дискетах:

§ Считывание конкретного сектора дискеты (возможно, пустого или сбойного). Это самый простой способ защиты, и при копировании «дорожка в дорожку» дискета копируется.

§ Запоминание сбойных секторов дискеты. Перед тем, как записать на дискету информацию, её царапают (или прожигают лазером), после этого записывают номера сбойных секторов. Для проверки подлинности дискеты программа пытается записать в эти сектора информацию, затем считать её.

§ Нестандартное форматирование дискеты. Известна программа FDA (Floppy Disk Analyzer), которая могла проводить исследование и копирование таких дискет.

§ «Плавающий бит». Один бит записывается так, что в некоторых случаях он читается как «0», в некоторых как «1». Проводится многократное считывание дискеты; среди результатов считывания должны быть и нули, и единицы.

Запись некопируемых меток на жесткий диск. Некоторые старые программы для DOS создавали некопируемые метки на жёстком диске. Например, файл длиной 1 байт занимает на диске один кластер (не менее 512 байт), и в оставшиеся 511 байт можно записать некоторую информацию. Этот способ практически не используется, так как велик риск потери данных.

Привязка к некоторому физическому объекту. Лицензия программы может привязываться к некоторому физическому объекту, к примеру:

§ к руководству пользователя. Например, программа выводит: «Введите 5-е слово на 12-й сверху строке 26-й страницы». Более изощрённый способ защиты — в руководстве находится важная информация, без которой невозможно пройти игру, этим известна серия Space Quest. Распространение сканеров и многозадачных операционных систем положило конец этой практике.

§ к некоторому механическому устройству. Игра Another World поставлялась с «кодовым колесом». В системе защиты от копирования Lenslok, применявшейся в играх для ZX Spectrum, надо было, посмотрев на картинку через систему призм, увидеть двухбуквенный код.

Контрольные вопросы

1. Поясните сущность встроенной и пристыковочной систем защиты ПО.

2. Поясните сущность локальной и сетевой программной защиты.

3. Поясните сущность, достоинства и недостатки защиты ПО при помощи электронных ключей.

4. Поясните сущность, достоинства и недостатки защиты ПО путём привязки к параметрам компьютера и активации.

5. Поясните сущность защиты программ от копирования путём переноса их в онлайн.

6. Назовите и поясните известные Вам устаревшие технические средства защиты ПО.