Защита программного обеспечения

Защита программного обеспечения — комплекс мер, направленных на защиту ПО 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.

Технические средства защиты

Методы можно классифицировать по способу распространения защищаемого программного обеспечения и типу носителя лицензии.

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).

Сетевая программная защита

• 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.

• глобальная

Если программа работает с каким-то централизованным сервером и без него бесполезна (например, сервера онлайн-игр, серверы обновлений антивирусов). 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.

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).

Защита при помощи электронных ключей

Современные электронные ключи

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, т.к. 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 - 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.

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 сервисы, предлагающие одновременно функционал "навесной" защиты и сервера активации/лицензирования (пример - Guardant Online).

Защита программ от копирования путем переноса их в Online

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 Интрернет-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).

Защита кода от анализа

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

Защита программного обеспечения на мобильных платформах

Основная статья: Мобильная игра § Защита от копирования

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.

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. Эта практика 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.

Юридические средства защиты

Согласно законодательству, программный код приравнивается к литературным произведениям, и к нему применяются все соответствующие нормативные акты. В контексте защиты ПО используется следующая терминология:

• Лицензия
• Патент

Предусмотрена ответственность, в соответствии с действующим законодательством, как за использование контрафактных экземпляров программ для ЭВМ и баз данных, так и за преодоление применяемых технических средств защиты.

Организационные средства защиты

Основной принцип организационных мер защиты ПО заключается невозможности полноценного использования программного продукта без соответствующей поддержки со стороны разработчика: подробной пользовательской документации, «горячей линии» технической поддержки, системы обучения пользователей, обновления версий и БД и т. п.

Ингода защита дорогостоящих программных комплексов от копирования производится организационными мерами (к примеру, предоставление пробной копии ПО только по запросу, либо установка полнофункциональной версии программного комплекса на пробный период при заключении соответствующего соглашения).

Организационные меры защиты применяются, как правило, крупными разработчиками к достаточно большим и сложным программным продуктам.

Уязвимости современных методов защиты ПО

Основная статья: Взлом программного обеспечения

Уязвимости современных методов защиты можно достаточно строго классифицировать в зависимости от использованного метода защиты.

• Проверка оригинального носителя. Можно обойти при помощи копирования / эмуляции диска (специальная программа полностью копирует диск, затем создается драйвер виртуального дисковода, в который помещается образ, который программа принимает за лицензионный диск. Во многих играх применяется вариант этого метода под названием «Mini Image», когда подставной диск имеет маленький размер (несколько мегабайт, содержащие только лицензионную информацию), программа признаёт его лицензионным
• Ввод серийного номера. Основной уязвимостью является возможность беспрепятственного копирования и распространения дистрибутива вместе с серийным номером. Поэтому в настоящее время практически не используется (либо используется в совокупности с другими методами).
• Активация программного обеспечения. В отличие от предыдущего метода, активационный код генерируется с использованием уникальной информации (S/N оборудования, информации о пользователе) и является уникальным. В этом случае, в момент генерации кода активации в процессе установки программы есть риск эмуляции "универсального" аппаратного окружения (как то перехват обращений программы при считывании соответствующей информации, либо запуск программы изначально в виртуальной среде). Также, при неиспользовании запутывания кода защищенного приложения (или использовании слабых методов), злоумышленник может найти код генерации кода активации и вынести его в отдельную утилиту (т.н. "генератор ключей aka keygen"), ровно как и вырезать всю процедуру активации (что, однако, сложнее, так как он может вызываться в разных частях приложения)
• Использование электронных ключей. Часто встречается мнение о возможности эмуляции электронного ключа или библиотек интерфейса API, использеумого при обращении к электронному ключу. Это действительно можно сделать при неграмотной реализации защиты на электронном ключе(к примеру, программа только проверяет наличие ключа и читает/пишет в него что-либо). Однако встренные в программу защитные механизмы собственной разработки, основанные на вызове симметричных и асимметричных алгоритмов электронного ключа практически исключают возможность его эмуляции, так как обращения к ключу происходят каждый раз разные и накопить достаточное количество статистики для создания полный статистического аналога невозможно. Таким образом, стойкость защиты сильно зависит от реализации (в том числе от наличия уникальных защитных механизмов, реализованных разработчиком защиты). Тем не менее потенциально стойкость такой защиты может быть очень высока.
• «Отключение» защиты путем модификации программного кода (к примеру, удаления проверок лицензии). Может быть реализовано при неиспользовании (или использовании слабых) инструментов запутывания кода. В результате программа дизассемблируется (или даже декомпилируется, в худшем случае), код исследуется на наличие защитных механихмов, найденные проверки удаляются.

Многие защиты предоставляют инструменты противодействия взлому: дестабилизация отладчика; шифрование кода, исключающее изучение кода в статике при помощи дизассемблера; запутывание кода, «ложные ветви», сбивающие хакера с толку; проверка целостности файла, не дающая накладывать патчи; виртуализация кода с собственной системой команд. Все эти методы препятствуют изучению и анализу логики защиты, повышают ее стойкость.

Использование автоматических средств защиты

Существует проблема, связанная с недостатком ресурсов (в т.ч. временных) у разработчиков ПО. Им может не хватать времени, финансов или квалификации на реализацию собственной 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 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.

Проблема «лучше, чем легальное»

Это одна из фундаментальных проблем. Заключается она в том, что система защиты неизбежно создаёт пользователю неудобства, и потому, с точки зрения пользователя, взломанная программа в каком-то смысле лучше, чем оригинальная. Например:

• Незащищенная программа работает, в общем случае, быстрее, чем защищенная
• Для работы "сломанной" программы не нужен оригинальный носитель. Если не использовать компакт-дисков, время работы ноутбука существенно увеличивается. Кроме того на некоторых моделях ноутбуков устройство чтения компакт-дисков может отсутствовать вовсе
• При использовании USB-ключа может не хватить портов на всё нужное оборудование или не быть таковых вовсе (к примеру при использовании виртуализации)
• Электронный ключ может создавать физические неудобства при работе с защищенной программой на ноутбуке
• J2ME-программа исчезнет после перепрошивки телефона, и нет возможности сделать её резервную копию.

По этой причине даже владельцы лицензионных копий иногда устанавливают взломанное программное обеспечение наравне с лицензионным.

Альтернативное мнение о защите ПО

• «А вообще это всё брехня. Посмотри, о каких потерях из-за пиратства рапортуют международные издательства. Не просто миллионы, миллиарды выходят. Особенно если почитать отчёты ассоциаций разных. Но если бы они действительно миллионы теряли, как ты думаешь, у нас в таком же состоянии защита была бы, как сейчас? Если ты теряешь $100 млн в год на пиратстве, то сколько ты потратишь на эту проблему — 50, 100, даже 200 млн, правильно? А потом заработаешь кучу денег». — Брэд Уорделл, Stardock (разработчик Galactic Civilizations 2; компания, которая принципиально не защищает свои игры)
• К тому же защита не остановит пиратства. Мало того, мы уверены, что она даст толчок пиратству […] — и если вы замучите легальных пользователей, мешая им законно использовать ПО, за которое они платили, всякими безумными мерами, они начнут пользоваться пиратскими копиями! — Авторы игры Virtual Grand Prix.

См. также

• Электронный ключ для защиты ПО
• Взлом программного обеспечения
• Регистрационный ключ
• Технические средства защиты авторских прав
• Защита данных от копирования (DRM)

Ссылки

• Citforum. Анализ рынка средств защиты от копирования и взлома программных средств
• CRACKL@B — Портал исследования защиты программ
• Guardant. Обучающий курс по защите приложений при помощи электронных ключей
• WASM. Статьи и переводы статей о низкоуровневом программировнаии и исследовании программ
• Wasm. Защита программ при помощи сетей Петри и взлом
• Зайцев О.В. Реализация простого механизма активации в приложении
• Starforce. Презентация защиты с привязкой к оптическому диску
• ASPA. Презентация защиты для мобильных устройств