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Hacker: Was ist eigentlich ein Exploit?

In Hollywoodfilmen haben Hacker mit Sturmmasken ein ganzes Arsenal von Zero-Day-Exploits, und auch sonst scheinen die kleinen Programme mehr und mehr als zentraler Begriff der IT-Sicherheit verstanden zu werden. Der Hacker Thomas Dullien hingegen versucht sich an einem theoretischen Modell eines Exploits.

Artikel von veröffentlicht am
Der Hacker Thomas Dullien nähert sich dem Thema Exploit auch theoretisch
Der Hacker Thomas Dullien nähert sich dem Thema Exploit auch theoretisch (Bild: Martin Wolf / Golem.de)

Exploit ist eines der am meisten verwendeten Wörter im Bereich IT-Security, es wird gerne garniert mit weiteren Ausschmückungen wie "Zero Day". Der Begriff ist aber auch einer derjenigen, die am häufigsten falsch verstanden oder zumindest irrtümlich eingesetzt werden. Der Hacker Thomas Dullien - in der Szene vor allem unter dem Pseudonym Halvar Flake bekannt - hat sich dem Thema auf einer theoretischen Ebene genähert. Dullien arbeitet für Googles Hackerteam Project Zero, das Schwachstellen in allen möglichen Programmen und wichtiger Infrastruktur finden soll. Er hat ein theoretisches Konzept entworfen, um besser zu verstehen, was einen funktionierenden Computer von einem durch Angriffe beeinflussten Gerät unterscheidet.

Inhalt:
  1. Hacker: Was ist eigentlich ein Exploit?
  2. Programmierung und Betrieb eines Rechners lassen sich nicht unterscheiden

Gängige Beschreibungen für Exploit sind laut Dullien Aussagen wie "Zugang", "Ein Programm, das mich etwas tun lässt, das ich eigentlich nicht darf" oder "Ich erkenne es, wenn ich sehe". Aber keine dieser Beschreibungen definiere einen Exploit korrekt, sagte er auf der Security-Konferenz Ruhrsec in Bochum. Doch auf Basis dieser falschen Definition würden reale Sicherheitsentscheidungen getroffen - was zu Problemen führen könne.

Für seine Herleitung bedient sich Dullien der theoretischen Informatik. Software sei immer als "endlicher Automat" anzusehen - im Englischen als Finite State Machine bezeichnet. Mit dem endlichen Automaten werden modellhafte Annahmen über Verhalten, Zustände und Aktionen eines komplexen Systems getroffen. Jedes Programm kann demnach in einem Modell abgebildet werden.

Ein komplexes System für eine einfache Anforderung

Anders als in vielen anderen Systemen startet ein solches Modell in der IT aber immer mit einem fast unendlich komplexen System - der CPU, die für viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann. Software beschränke diesen Prozessor, der für allgemeine Zwecke konstruiert wird, dann nachträglich in seinem Funktionsumfang, um nur eine ganz bestimmte Aufgabe zu lösen, erläutert Dullien. Mit einem Exploit könne diese Beschränkung der Funktionen wieder aufgehoben werden.

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Software selbst bezeichnet Dullien als intendierten endlichen Automaten. Denn bei komplexen Programmen könne nicht einfach angenommen werden, dass alles so funktioniert wie vorgesehen. Software sei dabei also ein Idealtypus der vorgegebenen Ziele, die das Programm erreichen soll - also etwa eine Bildbearbeitung oder ein Texteditor. Jede Software wiederum habe eigene, definierte Sicherheitsparameter. Nur wer solche Sicherheitsparameter definiert, kann aber auch Annahmen über die Wahrscheinlichkeit und das Ausmaß von Angriffen aufstellen.

Die Software interagiert mit dem System selbst, also der CPU. Sie löst Befehle aus, die dann von der CPU verarbeitet werden. Normalerweise herrscht dabei in Dulliens Modell ein sogenannter "sane state" vor, es funktioniert also alles wie vorgesehen. Zwischen den verschiedenen Instruktionen könne es zudem auch "transitory states" geben, also Übergangszustände. Für einen Angreifer allerdings sei es interessant, die CPU in einen anderen Status zu bringen, der dann Manipulationen ermöglicht. Diesen nennt Dullien "weird state".

Ein solcher "weird state" könne von zahlreichen Faktoren hervorgerufen werden. Einerseits seien dies menschliche Fehler bei der Erstellung des Programmcodes, also klassische Bugs. Andererseits gebe es Hardwareangriffe wie Rowhammer, bei denen physikalische Eigenheiten des Rechners ausgenutzt werden, um Probleme gezielt hervorzurufen - in diesem Fall, um ein Bit im Arbeitsspeicher zu flippen. Andere mögliche Fehler seien falsch interpretierte Kommandos oder Probleme in dem Verständnis der Semantik einer CPU.

Programmierung und Betrieb eines Rechners lassen sich nicht unterscheiden 
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janoP 18. Jun 2018 / Themenstart

Sein Beitrag impliziert mehr, dass er das im Artikel dargelegte für trivial hält, so wie...

twothe 18. Jun 2018 / Themenstart

Darum rede ich ja auch von theoretischer Informatik und nicht Mathematik. ;) Man muss...

Baron Münchhausen. 16. Jun 2018 / Themenstart

Danke, Sie haben es verstanden :)

bombinho 15. Jun 2018 / Themenstart

Hier steht wirklich nichts.

bombinho 15. Jun 2018 / Themenstart

Ich gehe mal davon aus, dass bei der einminuetigen Ueberpruefung der Festplatten auf...

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