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基于操作码合并的Python程序防逆转算法

更新时间：2019-12-20 21:30:26 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

由Python编程语言编写的程序,其编译生成的字节码是针对Python虚拟机的具有特定结构的文件,该文件很容易被逆向工具反编译,从而损害开发者的经济利益和个人隐私。传统的防逆转方法存在其处理后的字节码文件易被破解、程序运行效率低等问题。为此,提出一种新的Python字节码文件保护算法。在不影响程序执行结果的前提下,将Python字节码文件中的多个操作码合并为一个新操作码,改变操作码序列的结构和语义,最终达到防逆转的目的。实验结果表明,该算法不仅能防止Python字节码文件被反编译,而且可以减小字节码文件的存储空间,提升程序执行效率。


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基于操作码合并的Python程序防逆转算法.pdf 1M

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44  
5
2018  
5
年 月  
第
卷
第
期
计
算
机
工
程
Vol． 44  
No． 5  
Computer Engineering  
May 2018  
·
·
: 1000-3428( 2018) 05-0113-06  
: A  
: TP309  
中图分类号  
安全技术  
文章编号  
文献标志码  
Python  
基于操作码合并的  
程序防逆转算法  
1a，2  
1a，1b，2  
，
顾乃杰  
王小强  
( 1．  
a．  
中国科学技术大学 计算机科学与技术学院  
; b．  
，
先进技术研究院 合肥  
230027;  
2．  
，
安徽省计算与通信软件重点实验室 合肥  
230027)  
:
Python  
，
Python  
，
摘
要
由
编程语言编写的程序 其编译生成的字节码是针对  
虚拟机的具有特定结构的文件 该文  
件很容易被逆向工具反编译 从而损害开发者的经济利益和个人隐私 传统的防逆转方法存在其处理后的字节码  
Python  
，
。
、
。
，
。
字节码文件保护算法 在不影响程序执行结  
文件易被破解 程序运行效率低等问题 为此 提出一种新的  
， Python  
果的前提下 将  
， ，  
字节码文件中的多个操作码合并为一个新操作码 改变操作码序列的结构和语义 最终达到  
。 ，  
防逆转的目的 实验结果表明 该算法不仅能防止  
Python  
，
字节码文件被反编译 而且可以减小字节码文件的存储  
，
空间 提升程序执行效率  
。
: ; ; ; ;  
关键词 字节码文件 反编译 防逆转 虚拟机操作码 操作码合并  
: ， ．  
中文引用格式 王小强 顾乃杰 基于操作码合并的  
Python  
［J］．  
程序防逆转算法  
，2018，44( 5) : 113-118．  
计算机工程  
: WANG Xiaoqiang，GU Naijie． Python Program Anti-reversal Algorithm Based on Opcode Merging［J］．  
英文引用格式  
Computer Engineering，2018，44( 5) : 113-118．  
Python Program Anti-reversal Algorithm Based on Opcode Merging  
1a，2  
1a，1b，2  
WANG Xiaoqiang ，GU Naijie  
( 1a． School of Computer Science and Technology; 1b． Institute of Advanced Technology，  
University of Science and Technology of China，Hefei 230027，China;  
2． Anhui Province Key Laboratory of Computing and Communication Software，Hefei 230027，China)  
【Abstract】The program written by Python programming language is compiled and generated bytecode，which is a  
specific structure for Python virtual machine． The file is easily decompressed by reverse tools，thereby damaging the  
economic interests and personal privacy of developers． The traditional method of anti-reversal has the problems of easily  
deciphered bytecode files and low program efficiency after processing． To solve the above problem，a new Python  
bytecode file protection algorithm is proposed，which mereges multiple opcodes in the Python bytecode file into a new  
opcode without changing the execute result of the program，changes the opcode sequence structure and semantics，and  
achieves the purpose of anti-reversal finally． Experimental results show that the proposed algorithm not only prevents the  
bytecode files from being decompilated，but also reduces the storage space of the bytecode file and improves the efficiency  
of program execution．  
【Key words】bytecode file; decompile; anti-reversal; virtual machine opcode; opcode merging  
DOI: 10． 19678 /j． issn． 1000-3428． 0046314  
，
针对特定处理器和操作系统的二进制文件相比  
Python Python  
0
概述  
字节码文件保留了  
源码文件中的全部  
Python  
是一种面向对象的解释型计算机程序设  
，
信息 是针对  
Python  
虚拟机的具有特定结构和特征  
， 、 、 、  
计语言 由于语法简洁清晰 简单易学 免费 开源  
、
， 。  
的文件 具有可跨平台使用的特性 正是因为字节  
，
扩展性强等优点 自从  
20  
90  
，
年代诞生以来 就  
世纪  
，
码文件的这种结构和特征 导致其极易被攻击者反  
［1］  
，
广受欢迎和使用 如网络文件同步工具  
Dropbox、  
社
，
编 译 出 其 中 的 源 码 如 使 用  
uncompyle2  
、
［2］  
［3］  
Reddit、  
，
网 络 问 答 社 区 知 乎 都 是 由  
交新 闻 站 点  
Python  
Decompyle ++ 、Easy Python Decompiler  
等工具就  
。Python  
( ． pyc)  
编程语言所开发  
字节码文件  
Python  
，
字节码文件反编译为源码文件 这不  
可以将  
Python  
，
编程语言编写的程序编译而成 与传统的  
由
、 、 ，  
仅会造成重要数据结构 算法 业务逻辑的暴露 而  
:
基金项目 安徽省自然科学基金  
( 1408085MKL06) ;  
( B07033) 。  
高等学校学科创新引智计划项目  
:
作者简介 王小强  
( 1991—) ， ， ; 。  
，
、
， 、  
男 硕士 主研方向为软件安全 软件脆弱性检测 顾乃杰 教授 博士生导师  
: 2017-03-10  
: 2017-05-16  
修回日期  
E-mail: wxq9102@ mail． ustc． edu． cn  
收稿日期  
114  
2018  
5
15  
月 日  
计
算
机
工
程
年
，
且会给开发者带来巨大的经济损失 有时甚至具有  
1． 4  
操作码替换  
，
除上述防逆转方法外 研究人员在操作码替换  
。
严重的安全隐患  
针对上述问题 本文提出一种基于操作码合并  
Python Python  
程序正  
。
领域也进行了研究 操作码替换技术是将字节码文  
，
，
件中的每个操作码替换为其他操作码 使得编译生  
。
的
程序防逆转算法 在不影响  
，
确执行的前提下 引入新操作码对原  
Python  
成的字节码文件对于标准的解释器而言包含非法的  
操作码  
，
操作码序列 以此达到防逆转的目的  
。
，
集进行扩充 并在编译生成字节码文件时使用新操  
［16］  
Dropbox  
2 ，  
作码来代替操作码序列中的 个或多个操作码 从  
操作码替换技术已分别被基于虚拟机  
［17］  
PC  
，
的应用 在操作码随机化的安全 中实现  
，
和基于  
Python  
，
字节码文件中操作码序列的长度 改  
而缩短  
［18］  
python-obfuscation  
Python  
且网络上已有工具  
对
操作  
。
变操作码序列的结构和语义  
。 ，  
码进行随机替换 但是 该技术的实质是利用密码学中  
1
Python  
字节码文件防逆转方法  
传统  
［19］  
，
，
的单表代替密码  
如果攻击者了解采取的保护方式  
1． 1  
代码混淆  
代码混淆旨在通过布局混淆 数据混淆 控制流  
，
就可以利用操作码的一些统计学规律进行分析 如采用  
、
、
， ，  
频率分析进行攻击 因此 该技术的安全性不足  
。
［4-5］  
，
等措施 将一个程序转换为能够妨碍攻击者  
混淆  
2
操作码合并  
理解其中算法和数据结构或能够阻止攻击者从程序  
［6-7］  
。
文本中提取有价值信息的另一种形式  
Python  
字节码文件易被反编译的主要原因是字  
Java、Python  
Python  
，
源码文件的所有信息 且字  
虽然  
等脚本语言经代码混淆后编  
节码文件保留了  
，
译生成的字节码文件可以跨平台使用 但是其仍然  
节码文件中操作码序列的结构和每个操作码的含义  
， ，  
遵守原来的文件格式和指令集 因此 代码混淆技  
。 ，  
极易被攻击者分析和理解 因此 改变操作码序列  
Python  
。 ，  
字节码文件的保护能力不足 此外 代  
，
的结构或隐藏操作码的含义 是保护  
Python  
术对  
字节码  
， ，  
文件的重要方法 但是 这类方法又会对虚拟机执行  
码混淆在处理多文件项目中的导入模块和对象名  
。 ，  
字节码文件的结果造成影响 鉴于此 本文将探索  
，
称时有局限性 且该方法会给代码执行效率带来一  
，
如何利用窥孔优化策略 在不影响字节码文件正确  
。
定的影响  
，
Python  
1． 2  
执行的前提下 通过引入新操作码来对  
， Python  
码集进行扩充 进而改变  
操作  
本地编译  
本地编译是一种将  
起编译为平台相关程序的技术 其工作步骤为  
Python  
字节码文件中操作  
脚本程序和解释器一  
［8］  
，
码序列的结构 最终达到防逆转的目的  
。
，
:
首
2． 1  
基本概念  
Python  
， (  
源码程序 然后借助特定的工具 如  
先编写  
［9］  
1
定义  
操作码  
Python  
py2exe  
)
Python  
将目标脚本程序进行转换并且将  
， 1 Byte  
虚拟机中的指令码 占  
操作码即  
的
，
解释器编译为平台相关的动态链接库 最后运用一  
，
长度 其规定了  
Python  
。
虚拟机需要执行哪一条指令  
个额外的可执行程序来运行该动态链接程序和转换  
，Python 2． 7． 9  
目前  
110  
版本的虚拟机规范中定义了  
61  
。
后的文件  
，
个操作码 其中不带参数的操作码共  
，
个 带一个参  
Python  
虽然本地编译技术对  
程序起到了一定的  
49 ，  
数的操作码共 个 每个参数占  
2 Byte  
。
的长度  
，
保护作用 但是采用这种方式  
，Python  
程序在发布时  
2
定义  
操作码序列  
需要同时发布解释器对应的动态链接程序和脚本文  
S
一个字节码文件的操作码序列 由操作码和其  
，
件所依赖的所有库文件 导致目标程序所占用的空  
，
1
，
所带的参数构成 操作码序列结构如图 所示 其  
，OP ，ARG OP 。OP 、ARG  
均
ij  
。
间大大增加  
中
为操作码  
为
的参数  
1． 3  
数字水印  
i
ij  
i
i
，1 i  
为正整数 ≤ ≤  
n，1  
j 2，n  
≤ ≤  
为一个字节码文件所  
数字水印通常是永久镶嵌在宿主数据中的具有可  
。
包含的操作码总数  
， 、  
鉴别性的数字信号或模式 其可以用来标识作者 所有  
［10-11］  
、 、  
者 发行者 使用者等信息  
，
且不影响宿主数据的可  
。
用性 使用数字水印技术并不能阻止字节码文件被反  
1
［12］  
图
操作码序列示意图  
，
，
编译  
生时为使用者提供数字产品的拥有权证明  
虽然理论上水印能够作为软件所有权的有力凭  
但是能够阻止数字产品被偷窃 或者当偷窃发  
［13］  
Python  
虚拟机执行字节码文件的本质是利用循  
OP  
。
2
个
环依序读取操作码序列中的一个操作码  
和
i
ARG  
ARG ， OP  
然后查找并执行 对应  
i
字节参数  
与
， ，  
证 但实际中无论是静态水印还是动态水印 都很容易  
i1  
i2  
［14-15］  
， ，  
的解释程序 修改虚拟机内部众多的状态值 接着再  
，
因
通过混淆变换和优化等措施从软件中被移除  
OP ARG  
和字节参数  
( i + 1)  
读取下一个操作码  
ARG ，  
重复上述步骤直至操作码序列读取结束  
( i + 1) 2  
与
( i + 1) 1  
，
此 水印技术并不能为  
Java、Python  
等字节码文件提供  
。
。
有效保护  

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