Engenharia reversa

O que é engenharia reversa?

Por curiosidade, uma criança pode pegar um dispositivo e desmontá-lo, possivelmente se perguntando que elementos estão dentro e como eles se combinam para funcionar. Algo semelhante pode ser feito por um adulto em uma oficina, mas, por exemplo, com a intenção de reparar um motor que, por alguma razão desconhecida, parou de funcionar. Também podemos mencionar a mulher que, em seu local de trabalho, tem a missão de desconstruir o programa no qual outros trabalharam antes, apenas para renovar e melhorar algumas de suas características de desempenho. Todos eles aplicaram o que é conhecido como engenharia reversa.

A engenharia reversa é um processo de desconstrução. Trata-se de inverter os passos do desenvolvimento para analisar e obter conhecimento sobre qualquer coisa engenheirada e elaborada pelos seres humanos, principalmente. Essa coisa pode ser uma substância química, uma máquina, um código de software ou outro tipo de objeto. A engenharia reversa busca revelar e determinar os detalhes mais íntimos, os componentes e suas relações e, em última instância, descobrir como o objeto em questão foi projetado e produzido.

Estas são algumas das razões pelas quais a engenharia reversa é empregada:

• Informações sobre um produto: A documentação pode ter sido perdida, estar inacessível ou simplesmente nunca ter existido, e não há contato com o produtor.

• Análise de um produto: Saber como ele funciona, quais componentes possui, definir custos e identificar possíveis violações de direitos autorais.

• Atualização ou correção do funcionamento do produto.

• Auditoria ou avaliação da segurança de um produto.

• Criação de duplicatas de um produto sem licença.

• Questão de concorrência: Entender o que os concorrentes fazem e o que caracteriza seus produtos.

• Simples curiosidade e propósitos de aprendizado sobre a estrutura de um produto.

No contexto da tecnologia da informação, podemos aplicar engenharia reversa a hardware ou software. Neste caso, nos concentramos na engenharia reversa de software. Basicamente, esta engenharia pega um produto de software "final"—frequentemente um arquivo binário compilado ou executável—e trabalha para trás para descobrir sua lógica subjacente, estrutura e funcionalidade—especialmente quando a documentação de design original ou código-fonte está faltando ou inacessível—geralmente com o propósito de repará-lo ou melhorá-lo. Diz-se que este processo surgiu da manutenção e do suporte de software, em grande parte da análise de malware.

Por que a engenharia reversa é essencial na cibersegurança?

Embora a engenharia reversa tenha aplicações mais amplas (p. ex., duplicação de produtos, interoperabilidade, modernização de sistemas legados), seu papel na cibersegurança é inequivocamente preventivo e defensivo. Ela serve principalmente como um mecanismo fundamental para descoberta de vulnerabilidades e análise de malware. Em outras palavras, no âmbito da segurança, a engenharia reversa de software se transforma de uma ferramenta analítica geral em uma técnica necessária para proteger ativos digitais.

Análise de malware e inteligência de ameaças

A aplicação mais comum da engenharia reversa em cibersegurança é a dissecação de software malicioso. Os atores de ameaças frequentemente empregam técnicas de ofuscação e criptografia para ocultar a verdadeira natureza de seu código, tornando a análise de segurança tradicional ineficaz. Engenheiros reversos podem efetivamente desmascarar essas ameaças.

Ao desmontar binários de malware, os analistas podem determinar com precisão:

• Carga útil e objetivos: O que o malware se destina a fazer (p. ex., roubar dados, criptografar arquivos, instalar uma porta dos fundos).

• Técnicas de evasão: Como o código malicioso se esconde do software antivírus ou opera discretamente dentro de um sistema comprometido.

• Estrutura de comando e controle (C2): Como se comunica com seus operadores para receber novas instruções ou exfiltrar dados.

• Indicadores de comprometimento (IOC): Pontos de dados críticos (nomes de arquivos, chaves de registro, endereços de rede) que fortalecem os esforços de resposta a incidentes de uma organização e ajudam a desenvolver assinaturas e patches definitivos.

Este conhecimento detalhado e de baixo nível é vital para criar contramedidas eficazes, como novas assinaturas de antivírus, regras de firewall e patches no sistema.

Detecção de vulnerabilidades e auditoria

A engenharia reversa é crucial na pesquisa de vulnerabilidades, onde especialistas em segurança proativamente buscam falhas que os atacantes poderiam explorar. Ao examinar aplicações—especialmente aquelas que lidam com dados sensíveis ou estão conectadas à internet—no nível de montagem ou código-fonte, os profissionais podem descobrir fraquezas que muitas vezes são invisíveis a partir de testes externos em caixa preta. Isso inclui identificar:

• Práticas de codificação inseguras

• Portas dos fundos ocultas ou credenciais codificadas

• Falhas em algoritmos de criptografia proprietários

• Excesso de buffer e outros problemas de corrupção de memória

Identificar essas lacunas de segurança antes dos atores maliciosos permite o desenvolvimento oportuno de correções e patches, melhorando significativamente a postura de segurança do software.

Análise forense digital e resposta a incidentes

Após um incidente de segurança ou uma violação de dados, a engenharia reversa desempenha um papel crucial na análise forense digital. Os especialistas usam esta técnica para compreender o escopo completo de um ataque ao

• dissecar artefatos de software ou arquivos de sistema modificados deixados para trás por um atacante;

• reconstruir as ações e métodos do atacante para rastrear a origem do ataque;

• coletar evidências legalmente admissíveis relacionadas à violação.

Com base nessas análises, as organizações afetadas e as partes interessadas podem receber recomendações e implementar medidas preventivas e reativas no caso de possíveis futuros incidentes, a fim de garantir sua própria segurança e a de seus clientes ou usuários.

As fases da engenharia reversa de software

Podemos separar a engenharia reversa de software em duas etapas principais: A primeira pode ser considerada como uma observação em larga escala ou uma visão geral de alto nível para determinar a estrutura geral e, às vezes, áreas de interesse especial do software em análise. Esta etapa implica o uso de várias ferramentas e diversos serviços do sistema operacional. Estas ferramentas e serviços permitem a aquisição de informações, rastreamento de entradas e saídas e inspeção de executáveis, entre outras coisas. A segunda etapa é mais profunda e granular, orientada a fragmentos de código para compreendê-los em sua estrutura e funcionalidade.

A seguir, um processo de três passos mais detalhado e comumente reconhecido que é aplicado na maioria dos esforços de engenharia reversa:

1. Extração de informações e análise estática

Essa fase inicial foca na coleta de todos os dados possíveis sobre o software sem executá-lo (análise estática).

• Descoberta de ativos: Identificação do tipo de arquivo, ferramentas de compilação, recursos incorporados e metadados relevantes (p. ex., timestamps, verificações de integridade).

• Desassemblagem: O executável é alimentado em um desassemblador para converter o código de máquina bruto (código binário ou hexadecimal) em linguagem de montagem ou assembly, uma representação de baixo nível legível por humanos das instruções do processador.

• Descompilação: O analista usa um descompilador para transformar o código compilado (binário ou de assembly) em uma linguagem de nível superior, ainda mais compreensível, frequentemente pseudocódigo C ou C++. Embora esse código não seja o código-fonte original, ele fornece uma visão muito mais clara da lógica, do fluxo de controle e das estruturas de dados do programa.

Esta fase visa criar um modelo conceitual do software, muitas vezes através de diagramas de fluxo de dados ou gráficos de estrutura, que mapeiam como as diferentes partes do programa interagem.

2. Análise dinâmica e observação

Esta fase envolve a execução do programa em um ambiente controlado e isolado (uma sandbox ou máquina virtual) para observar seu comportamento em tempo real.

• Depuração: Um depurador é usado para executar o código linha por linha, definir pontos de interrupção em momentos críticos e inspecionar o estado do programa, incluindo os conteúdos de registradores de memória e variáveis em várias etapas. Isso é crucial para entender como o código lida com os dados, manipula o sistema e interage com serviços externos.

• Monitoramento de rede: Ferramentas são usadas para capturar e analisar o tráfego de rede gerado pela aplicação, o que é essencial para entender protocolos de comunicação, canais de comando e controle e tentativas de exfiltração de dados.

Esta fase adiciona contexto em tempo de execução às descobertas estáticas, verificando se vulnerabilidades potenciais a nível de código são realmente exploráveis em um ambiente ativo.

3. Reconstrução, documentação e mitigação

A fase final consolida todas as informações para alcançar os objetivos de segurança esperados.

• Reconstrução: Os dados analisados são usados para reconstruir completamente a lógica e o design do software, proporcionando uma compreensão detalhada de sua postura de segurança.

• Documentação: Todos os achados, incluindo vulnerabilidades, mecanismos de malware e possíveis vias de ataque, são meticulosamente documentados.

• Mitigação: Esse conhecimento é traduzido em medidas de segurança acionáveis, como desenvolvimento de patches, criação de assinaturas de detecção ou implementação de novas práticas de codificação defensiva.

Conjunto de ferramentas essencial para engenharia reversa

Os especialistas em engenharia reversa dependem de um conjunto específico de ferramentas—muitas das quais não foram projetadas diretamente para engenharia reversa—que auxiliam na tradução de instruções de máquina em lógica compreensível para humanos e observação do comportamento do programa em um ambiente controlado e ativo para análise dinâmica.

Desassembladores

Uma das principais ferramentas para engenharia reversa de software é o desassemblador, que desenvolve um processo contrário ao assembler e que será diferente dependendo da plataforma em que é utilizado. O desassemblador traduz a linguagem de máquina (entrada) em linguagem de assembly (saída) para o programa inteiro ou partes dele. Exemplos:

• IDA Pro (desassemblador interativo): Amplamente considerado o padrão da indústria, o IDA oferece robusta análise estática e suporta uma vasta gama de processadores e formatos executáveis, muitas vezes estendida com o descompilador Hex-Rays.

• Ghidra: Desenvolvido pela NSA (National Security Agency) e disponibilizado ao público, o Ghidra é uma ferramenta gratuita e de código aberto que oferece um conjunto abrangente de capacidades de engenharia reversa, incluindo um desassemblador e um descompilador, tornando-o altamente popular entre pesquisadores de segurança.

• Radare2 (r2): Uma poderosa estrutura dirigida por linha de comando conhecida por sua portabilidade e habilidades para lidar com grandes binários e explorar possíveis rotas de execução dentro do código estático.

Depuradores

Como uma expansão do trabalho do desassemblador e em algumas tarefas de engenharia reversa como a única ferramenta necessária, temos o depurador. Com este tipo de ferramenta, sobre o código desmontado, podemos estabelecer pontos de interrupção—e verificar o estado atual do programa dentro deles—em locais de interesse, percorrer o código linha por linha em sua análise e até fazer edições em tempo de execução. Em outras palavras, ao contrário do desassemblador, o depurador não trabalha com código do programa estático, mas nos permite observar o comportamento do programa enquanto trabalha, em um ritmo adequado para a percepção humana, com pausas na execução conforme necessário. Exemplos:

• x64dbg/OllyDbg: Depuradores de código aberto muito populares para a análise dinâmica no Windows, que costumam ser utilizados para examinar chamadas ao sistema e o comportamento de malware em tempo real.

• WinDbg: O poderoso depurador da Microsoft, essencial para análise de kernel e de aplicações do Windows de baixo nível.

• Frida/Xposed: Conjuntos de ferramentas de instrumentação dinâmica usados para manipulação em tempo de execução e depuração de aplicações móveis (Android/iOS).

Descompiladores

Um descompilador tenta recriar o código-fonte original em uma linguagem de alto nível através da análise do código binário ou, ocasionalmente, da linguagem de montagem ou assembly. No entanto, a informação obtida é complexa de entender. Conceitos de alto nível como classes, arrays, conjuntos e listas podem não ser recriados facilmente. E comentários e nomes de variáveis podem ter sido completamente perdidos (omitidos durante a compilação), até mesmo o nome da linguagem de alto nível utilizada. Ainda assim, o descompilador é valioso e útil porque revela todas as informações básicas sobre a operação do programa. Exemplos:

• Descompilador de Hex-Rays: O componente de descompilação para o IDA Pro.

• Descompilador JADX/JEB: Ferramentas especializadas em descompilar arquivos executáveis Dalvik (DEX) do Android e convertê-los em código Java legível.

Outras ferramentas úteis

• Editores hex (p. ex., WinHex, Hiew): São utilizados para ver e editar manualmente dados binários brutos no nível de byte.

• Sandboxes (p. ex., Cuckoo, Any.Run): Ambientes automatizados projetados para executar software malicioso de forma segura para análise de comportamento e geração de relatórios.

• Analisadores de rede (p. ex., Wireshark): Essenciais para capturar e inspecionar tráfego de rede para entender comunicações C2 ou falhas de protocolo.

• Descompactadores: Ferramentas utilizadas para descompactar ou descriptografar arquivos empacotados/ofuscados, que são táticas comuns empregadas por malware.

Conhecimento necessário para se tornar um especialista em engenharia reversa

A engenharia reversa de software é uma habilidade altamente especializada que requer uma compreensão profunda e multifacetada dos fundamentos da ciência da computação, muito além do desenvolvimento padrão de aplicações. Um especialista em engenharia reversa de sucesso deve dominar:

Linguagens de programação de baixo nível

Uma ampla compreensão da linguagem de montagem é inegociável. Como os desassembladores traduzem os binários em código de montagem, o analista deve ser capaz de ler e interpretar o que o processador está fazendo no nível mais básico—como manipula memória, registradores e fluxo de execução. Isso também exige um forte conhecimento de linguagens de alto nível como C e C++, já que muitos sistemas operacionais e aplicações críticas são escritos nessas linguagens.

Arquitetura de sistema operacional e hardware

A engenharia reversa requer conhecimento íntimo de como diferentes sistemas operacionais (Windows, Linux, macOS) funcionam e como o software interage com o kernel do sistema operacional e o hardware. Os analistas precisam compreender chamadas de sistema, gerenciamento de memória, criação de processos e comunicação interprocessos para rastrear o comportamento de um programa com precisão e identificar como o malware pode estar explorando vulnerabilidades do sistema.

Ofuscação, anti-depuração e criptografia

Os atores de ameaças estão constantemente trabalhando para impedir os esforços de engenharia reversa. Portanto, o especialista deve ser perito em identificar e eludir estas contramedidas:

• Ofuscação de código: técnicas como empacotamento, criptografia e controle de fluxo confuso, projetadas para deliberadamente tornar o código difícil de ler e entender durante a análise estática.

• Anti-depuração: código que detecta ativamente se está sendo executado dentro de um depurador ou uma sandbox e, em seguida, altera sua execução ou termina para ocultar seu verdadeiro propósito e prevenir a análise dinâmica.

• Criptografia: o uso de algoritmos criptográficos fortes ou proprietários para proteger os dados mais sensíveis do malware (cargas úteis) e criptografar seus fluxos de comunicação C2, tornando-os ilegíveis sem a chave correta ou a engenharia reversa bem-sucedida.

Scripting e automação

Enquanto a análise central é manual, linguagens de scripting como Python são cruciais para automatizar tarefas repetitivas, analisar grandes arquivos de registro e expandir a funcionalidade de ferramentas como Ghidra ou IDA Pro por meio de plugins e scripts personalizados.

Implicações éticas, legais e comerciais da engenharia reversa

A engenharia reversa é uma espada de dois gumes: é uma técnica usada para proteger sistemas, mas também pode ser aproveitada para fins maliciosos ou eticamente questionáveis.

A natureza dual da engenharia reversa

A engenharia reversa de software pode ser útil para modificar estruturas de aplicações, alterar código, adicionar ou remover comandos e mudar funções, afetando assim seu fluxo lógico. Da área de segurança, a engenharia reversa de software fornece técnicas para hacking, seja malicioso ou ético. Em outras palavras, é útil para causar dano ou para gerar proteção e prevenir.

• No lado positivo, a engenharia reversa possibilitou a detecção de falhas e vulnerabilidades em, por exemplo, algoritmos de criptografia. Também, para analisar o comportamento e as propriedades de malware em sistemas de teste ou em sistemas externos já infectados (daí o desenvolvimento de software antivírus). Além disso, ela possibilitou a prevenção da pirataria de programas e das informações contidas neles, protegendo assim os direitos digitais.

• No lado negativo, através da engenharia reversa de software, os criminosos podem encontrar vulnerabilidades em sistemas e, bom... tirar proveito delas. Os atores maliciosos utilizam a engenharia reversa para eludir as verificações de licenças, obter vantagem competitiva desleal roubando algoritmos proprietários ou desenvolver exploits de zero-day.

Considerações legais e éticas

A linha que separa a engenharia reversa ética da não ética costuma ser determinada pela intenção e pela lei local.

• Propriedade intelectual: Muitos contratos de licença de software comerciais (EULAs) proíbem explicitamente a engenharia reversa. A principal preocupação é proteger os algoritmos e o código-fonte proprietários. No entanto, muitos sistemas legais, como o DMCA dos EUA, contêm exceções que permitem a engenharia reversa para objetivos legítimos, como:

  • Interoperabilidade: fazer com que um produto seja compatível com outro sistema

  • Pesquisa de segurança: encontrar e reportar vulnerabilidades (hacking ético ou testes de penetração)

  • Uso justo: pesquisa acadêmica e educação

• Ética: A ética da engenharia reversa gira em torno do princípio de respeitar a propriedade intelectual do criador original versus o interesse superior da segurança pública. A engenharia reversa ética é sempre realizada com permissão explícita do proprietário do sistema a ser analisado ou se concentra apenas em avaliar malware disponível publicamente para fins defensivos.

Nossa posição: hacking ético e garantia de segurança

Na Fluid Attacks, nossos especialistas em segurança ou pentesters trabalham dentro de uma estrutura de hacking ético, o que significa que sempre têm o consentimento de nossos clientes e agem em seus melhores interesses em termos de privacidade, integridade e segurança. Como parte de nossa solução integral Hacking Contínuo, a engenharia reversa é uma das três técnicas manuais fundamentais de detecção de vulnerabilidades que usamos, junto com os testes de penetração como serviço (PTaaS) e a revisão de código seguro (SCR).

Em nossa equipe, aproveitamos a engenharia reversa para realizar análises aprofundadas em vários tipos de software, dissecando o código compilado para garantir que segredos ou vulnerabilidades lógicas que outros tipos de avaliações possam ignorar não permaneçam ocultos. Tudo isso é feito com o objetivo de sugerir às equipes de desenvolvimento e segurança de nossos clientes a implementação de diretrizes claras de remediação de vulnerabilidades ou outras medidas preventivas apropriadas contra possíveis ciberataques futuros.

Conclusões

A engenharia reversa, quando aplicada eticamente, é uma das ferramentas analíticas mais poderosas disponíveis para a comunidade de cibersegurança. Ela leva a segurança além das verificações superficiais, permitindo uma compreensão profunda, desde o código até o hardware, de como os sistemas digitais realmente funcionam.

Ao dissecar ameaças e desconstruir aplicações no nível binário, os especialistas em engenharia reversa transformam código fragmentado em inteligência acionável, permitindo que as organizações desenvolvam defesas altamente precisas contra as ameaças cibernéticas mais sofisticadas. Para qualquer organização comprometida em construir software robusto e resiliente, investir na expertise e nas ferramentas necessárias para a engenharia reversa não é opcional—é uma necessidade estratégica para dominar o panorama das ameaças digitais.

Entre em contato conosco e saiba mais sobre as soluções AppSec da Fluid Attacks.