Algorithmic techniques for detection and classification of digital objects

Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή διερευνήθηκαν οι αλγοριθμικές τεχνικές για την ανίχνευση και τη κατάταξη ψηφιακών αντικειμένων. Στον τομέα των ψηφιακών αντικειμένων, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται κυρίως στη μελέτη του σχεδιασμού και της περαιτέρω ανάπτυξης αλγοριθμικών τεχνικών ανίχνευσης και κατάταξης μιας συγκεκριμένης κατηγορίας ψηφιακών αντικειμένων, αυτής του λογισμικού και πιο συγκεκριμένα του κακόβουλου λογισμικού, δημιουργώντας εν τέλει ένα ολοκληρωμένο αλγοριθμικό πλαίσιο για την προστασία ενάντια σε αυτό. Οι δημιουργοί των κακόβουλων λογισμικών, προκειμένου να αποφύγουν τις καθιερωμένες μεθόδους ανίχνευσης, έχουν αναπτύξει ευφυείς τεχνικές που εστιάζουν στη μετάλλαξη των παραγόμενων κακόβουλων λογισμικών, ενσωματώνοντας μηχανισμούς μετάλλαξης που στόχο έχουν να τροποποιήσουν ριζικά τη δομή των παραγόμενων δειγμάτων. Ως εκ τούτου, στον πρώτο άξονα, η έρευνα επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και την πρόταση μιας αναπαράστασης μέσω γραφήματος της συμπεριφοράς του δείγματος κακόβουλου λογισμικού (συμπεριφοριστικό γράφημα) ανθεκτικής σε μεταλλάξεις, η οποία προκύπτει από τα Γραφήματα Εξάρτησης Κλήσεων Συναρτήσεων Συστήματος (κατευθυνόμενα άκυκλα γραφήματα), τα οποία κατασκευάζονται αντλώντας πληροφορία από την εκτέλεση δυναμικής ανάλυσης του εκτελεσθέντος κακόβουλου λογισμικού. Έτσι, σε πρώτο επίπεδο, προτείνουμε το Γράφημα Συσχετίσεων Ομάδων (κατευθυνόμενο έμβαρο γράφημα) το οποίο προκύπτει έπειτα από ομαδοποίηση των κόμβων του γραφήματος Εξάρτησης Κλήσεων Συναρτήσεων Συστήματος, αξιοποιώντας την ιδιότητα ότι οι κλήσεις συναρτήσεων συστήματος μπορούν να συγχωνευθούν σε ομάδες ανάλογα με την ομοειδή λειτουργικότητά τους. Επιπρόσθετα, επεκτείνουμε αυτή την προσέγγιση προτείνοντας το Γράφημα Κάλυψης, όπου διερευνούμε τις ``σχέσεις κυριαρχίας" μεταξύ των κόμβων του γραφήματος Συσχετίσεων Ομάδων, αναφορικά με το βάρος και το βαθμό αυτών. Επιπλέον, επεκτείνοντας τις δυνατότητες των παραπάνω γραφημάτων προτείνουμε επίσης τα Χρονικά Μεταβαλλόμενα Γραφήματα, τα οποία απεικονίζουν τη δομική εξέλιξη των προτεινόμενων γραφημάτων (δηλ. Γραφήματα Συσχετίσεων Ομάδων και Γραφήματα Κάλυψης) απεικονίζοντας την εξέλιξη στη δομή τους μέσω στιγμιότυπων αυτών, τα οποία καταγράφονται ανα συγκεκριμένες περιόδους. Μεταξύ άλλων, προτείνουμε ένα σύνολο μετρικών ομοιότητας, όπου αξιοποιούνται τα ποσοτικά, σχεσιακά και ποιοτικά χαρακτηριστικά των παραπάνω γραφημάτων αναφορικά με τη συμπεριφορά των κακόβουλων λογισμικών, αξιοποιώντας αυτές τις μετρικές για τη μετέπειτα αποτίμηση των δυνατοτήτων ανίχνευσης και κατάταξης των προταθέντων μοντέλων. Επιπλέον, δεδομένου ότι η χρήση των φορητών συσκευών παρουσιάζει ευρεία εξάπλωση, κατά την εκπόνηση της παρούσας διατριβής μελετήθηκε η ανάπτυξη αλγοριθμικών τεχνικών βασισμένων σε γραφήματα, οι οποίες θα ολοκληρώνουν το ευρύτερο αλγοριθμικό πλαίσιο προστασίας ενάντια στο κακόβουλο λογισμικό, με τη διερεύνηση στρατηγικών βασισμένων σε γραφήματα για την καταστολή και περαιτέρω αποφυγή εν δυνάμει πανδημικών φαινομένων που θα προκύψουν από την εξάπλωση του κακόβουλου λογισμικού. Πιο συγκεκριμένα, προτείνουμε μια σειρά τεχνικών για τη μοντελοποίηση της τοπολογίας του πολεοδομικού σχεδιασμού, των μοτίβων κίνησης των φορητών συσκευών καθώς επίσης και της συμπεριφοράς μετάδοσης (αναφορικά με το ακολουθούμενο επιδημιολογικό μοντέλο), συντονίζοντας τα μοντέλα αυτά στην πλαισίωση μιας αλγοριθμικής τεχνικής που θα καθορίζει τον μέγιστο επιτρεπόμενο χρονικό όριο που απαιτείται από ένα αντίμετρο προστασίας προκειμένου να απομακρυνθεί το κακόβουλο λογισμικό από μια μολυσμένη συσκευή (χρόνος απόκρισης), ώστε τελικά να αποφευχθεί η πανδημία. Τέλος, η ευρύτερη απόδοση της προτεινόμενης προσέγγισης παρουσιάζεται μέσα από μια σειρά επαναλαμβανόμενων πειραμάτων (Monte Carlo) ακολουθώντας διαφορετικά επιδημιολογικά μοντέλα, λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη και ένα σύνολο παραγόντων που επηρεάζουν την εξάπλωση του κακόβουλου λογισμικού.