동적 인스트루멘테이션 기법은 동적 코드 변환 기법을 사용하여 프로그램의 수행 흐름을 흐트러뜨리지 않으면서 분석 코드를 삽입하는 구현 기법으로 사용되고 있다. 기존의 동적 코드 변환 기법은 머신 코드 스트림을 중간 코드 형태로 파싱하고, 이를 일반적인 컴파일러 기법에 적용함으로써 코드를 변환한다. 이러한 방식의 코드 변환 과정에서 수반되는 높은 변환 오버헤드는 응답성이 높은 사용자 프로그램에 적용을 어렵게 한다. 본 논문에서는 변환 과정의 경량화를 통해 변환 오버헤드를 줄임으로써, 높은 동적 코드 변환 성능을 가지는 경량 동적 코드 변환 기법을 제안하고, 이를 기반으로 하는 동적 인스트루멘테이션 프레임워크를 제안한다. 제안 기법은 테이블 기반의 새로운 동적 주소 변환 기법으로 코드를 변환하고, 더불어 자주 실행되는 라이브러리 함수에 대해 변환 과정에 대해서는 주소 변환만을 함으로써 변환 오버헤드를 줄이는 변환 우회 기법을 이용한다. 기존 동적 코드 변환 기법과의 비교를 통해 2%~65%의 성능 향상을 확인하였다.
디바이스 드라이버는 커널의 대부분을 차지하기 때문에 디바이스 드라이버에 문제가 발생하면 시스템에 심각한 영향을 미치게 된다. 따라서 디바이스 드라이버의 고장 분리 기술은 운영체제의 신뢰도 향상을 위해서 매우 중요하다. 동적 코드 변환 기법(Binary Translation)은 기계어 코드의 수준에서 기존의 디바이스 드라이버의 명령어 집합을 다른 명령어 집합으로 변환하여 실행하도록 하는 기법이다. 이 기법을 통해 우리는 각 명령어의 변환 과정에서 디바이스 드라이버의 모든 행위를 감시할 수 있다. 따라서 동적 코드 변환기법은 디바이스 드라이버의 고장을 분리하며 악의적인 메모리 접근을 제한하는 장점을 가지고 있다. 또한 커널 코드의 수정과 디바이스 드라이버의 수정이 요구되지 않는다. 이 논문에서 우리는 동적 코드 변환 기법을 설계하고 구현하였다. 그리고 동적 코드변환 기법을 이용한 몇 가지 실험을 통해, 디바이스 드라이버를 수행 시 발생하는 오버헤드와 고장 분리 가능 여부를 평가해 보았다.
코드변환 기법은 특정 명령어 집합 구조에서 작성된 프로그램 코드를 다른 구조에서 실행할 수 있도록 변환하는 일종의 에뮬레이션 기법이다. 이 기법은 주로 구형 시스템에서 동작하는 응용프로그램을 새로운 시스템에서 동작시키기 위해 사용되었다. 코드를 변환하는 과정에서 동적으로 코드를 삽입하는 것이 가능하기 때문에 소스코드의 수정 없이 기존 응용프로그램을 계측할 수 있다. 이미 응용프로그램 분야에서는 동적코드분석과 가상머신에서 이러한 기법이 널리 활용되고 있다. 반면에 운영체제의 커널은 일반적인 유저 수준의 응용프로그램과는 다른 특성을 지니기 때문에 커널 수준에서 이러한 코드변환 기법을 사용하려면 시스템 성능, 메모리 관리, 특권 명령어 처리 및 동기화와 관련된 문제가 다루어져야 한다. 본 논문에서는 커널 수준의 동적코드변환 기법을 설계하고 코드삽입을 통한 소프트웨어 계측을 제안한다. 제안기법을 리눅스 커널에 적용하여 실험을 수행하고 그 결과를 통해 본 제안기법이 커널수준에서 소프트웨어 계측에 적은 성능 부하만을 야기함을 확인하였다.
동적 코드 분석 도구는 동적 컴파일(Just-in-Time Compile)을 통한 코드 변환 기술을 이용하여 응용프로그램 실행 중 기계어 수준의 코드를 분석한다. 기존의 동적 코드 분석 도구는 변환과정에서의 부하가 크기 때문에 리얼타임 프로그램에 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 기존 동적 코드 분석 도구의 동적 컴파일 기법과 컴파일 프레임워크인 LLVM의 동적 컴파일 기법의 성능을 비교, 분석하였다. 이를 통해 LLVM의 동적 컴파일 기법을 이용한 높은 수행 성능을 가진 동적 코드 분석 도구의 설계 방안을 모색한다.
최근 그린 IT, 콜라우드 컴퓨팅 등이 새롭게 주목 받음에 따라 이들의 기반 기술인 가상화 기술이 더욱 활발히 연구되고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 다양한 시스템을 손쉽게 운영할 수 있는 전가상화의 장점을 극대화하기 위해 새로운 동적 코드 변환기법에 대하여 제안한다. 이를 위해 동적 주소 변환 기법과 베이직 블록의 특성에 따라 동적 코드를 경량화하는 기법을 설계하였다. 기존의 동적 코드 변환 기법과의 성능 비교를 통해 제안한 기법의 안정성과 경량성를 확인할 수 있었다.
악성코드 분석방법의 발전에 따라 악성코드의 분석우회기법도 나날이 발전하여 대량의 악성코드분석이 다양한 이유로 수행되지 않고 있다. 대부분의 악성코드는 소스코드가 없는 바이너리로 동적 분석이 동작하지 않는 원인을 파악하기 어렵다. 동적 분석이 실행되지 않는 악성코드들은 입력 값에 따라 악성코드가 동작하거나, 특정 시간대를 일치하는 등 다양한 트리거가 존재한다. 본 논문에서는 트리거가 필요한 악성코드에 대해 바이너리 리프팅(lifting) 기술을 활용한 새로운 동적 분석방법을 제안한다. 바이너리 리프팅 기술은 소스코드가 없는 바이너리를 LLVM IR 로 변환시키는 기술로서 이를 활용해 입력 값 유무에 따른 악성코드를 판별하고자 한다. 전달인자를 사용하는 코드와 사용하지 않는 코드간 LLVM IR 을 비교분석하여 전달인자에 따른 악성코드 동작 여부를 판별해 대량의 악성코드 동적 분석시스템의 분석률을 높이는 방안을 제안하고자 한다.
본 논문은 ATM(Abstract Timed Machine)으로 명세된 실시간 시스템에 대한 재/역공학 측면에서의 개발 및 검증을 위한 코드 변환기를 설계한다. ATM은 모드(mede), 전이(transition), 포트(per)로 구성되는데, 순공학 과정에서 실시간 시스템을 설계, 명세 하는 기존의 정형기법과는 달리 ATM은 소프트웨어의 순환공학 과정에서 사용하기 위해 설계되었다. ATM은 기존 정형기법이 순공학 과정에서의 특정 물리적 환경에서 실행되는 동적행위에 대한 부적절한 표현에 대해 순환공학에서 실시간 시스템의 속성은 물론 특정 환경과 동적 정보 등을 명세하기 위한 정형 기법으로서, 본 논문에서는 DoME을 이용하여 ATM 명세도구를 개발하고 이를 이용하여 실시간 시스템의 특정 요구사항을 위한 ATM을 명세한다. 또한 해당 ATM을 DOME/ATM 스크립트 파일로 저장하고 이에 대한 명세분석을 통해 노드와 관련된 정보를 추출하여 다른 분석도구가 이용할 수 있도록 DB에 저장하거나 매개 언어인 SRL/ATM으로 변환하며, 이러한 SRL/ATM으로부터 실행코드에 대한 관련 정보를 추출하여 실시간 시스템 개발 및 검증을 위한 Ada 코드를 생성할 수 있는 코드 변환기를 설계한다.
자바 프로그램은 플랫폼 독립적이라는 장점을 갖는 반면에 그의 실행이 가상 기계를 통하여 이루어지기 때문에 실행 시간의 비효율성을 가진다. 이러한 문제를 극복하기 위해 just-in-time(JIT) 컴파일러, 오프라인 바이트코드 컴파일러와 같은 다양한 해결 방법이 제안되어 왔다. 그러나 JIT 컴파일러는 실행시간에 바이트코드로부터 네이티브 코드로의 번역이 일어나므로 실행시간 부담을 가진다. 그리고 순수 오프라인 바이트코드 컴파일러는 동적 클래스 적재(dynamic class loading)의 어려움을 가진다. 본 논문에서는 동적으로 바이트코드를 적재학 수 있는 능력을 유지하면서, JIT 보다 더 효율적 실행이 가능한 방법을 제안한다. 또한 기존의 bytecode-to-C 번역기와는 달리, 우리의 번역기는 자바 네이티브 인터페이스(JNI)를 사용함으로서 JDK 실행 환경과의 완벽한 호환성을 유지한다. 본 연구의 결과로 바이트코드를 JNI를 사용한 C 코드로 변환하기 위한 번역기를 설계하고 구현하였다.
EVM(Embedded Virtual Machine)은 모바일 디바이스, 디지털 TV 등 임베디드 컴퓨팅 환경에서 동적인 응용프로그램을 실행할 수 있는 가상기계 플랫폼(Virtual Machine Platform)이다. 가상기계를 이용한 응용프로그램은 플랫폼 독립적인 실행 및 효과적인 다운로드 솔루션을 통한 동적인 실행이 가능하다. EVM을 위한 가상기계 코드인 SIL(Standard Intermediate Language)은 언어/기계 독립적으로 설계되었다. 본 논문은 SIL 코드가 시스템 리소스의 제한이 큰 임베디드 시스템상에서 보다 효율적으로 실행되기 위하여 최적화를 수행하였다. 기존의 최적화 방법론에 관한 연구를 통하여 SIL 코드 특성을 고려한 최적화 방법론을 제시하고, 최적화된 코드를 생성하기 위한 코드 최적화기를 설계하고 구현현하였다. SIL 코드 최적화기는 컴파일러에 의해 생성된 SIL 코드를 입력으로 받아 효율적인 코드로 변환하여, 전체 코드의 크기를 줄이고 수행 속도의 개선효과를 얻을 수 있다.
최근 프로세서가 코어 개수를 늘리는 구조로 발전함에 따라 병렬프로그래밍의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 병렬프로그래밍에서 발생하는 공유자원에 대한 경쟁조건을 제어하기 위한 효율적인 방법으로 여러 가지 락-프리 동기화 기법이 제안되어 왔다. 그 중 소프트웨어 트랜잭션 메모리는 지금까지 하드웨어적인 방법과 소프트웨어적인 방법 등 여러 가지 방법으로 구현되었지만 여러 가지 하드웨어적인 제약과 기존의 소스코드를 수정해야 하는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 동적 코드 변환기술을 이용한 소프트웨어 트랜잭션 메모리 기법을 제안하고 기존 구현과 비교 평가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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