Understanding the Evolution of Android Applications

Calciati, Paolo (2019). Understanding the Evolution of Android Applications. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57886.

Description

Title: Understanding the Evolution of Android Applications
Author/s:
  • Calciati, Paolo
Contributor/s:
  • Gorla, Alessandra
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: September 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Department: Lenguajes y Sistemas Informáticos e Ingeniería del Software
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Google released the first version of Android in September 2008, and it quickly grew to become the most popular mobile operating system, with a market share of over 75% as of May 2019. Not only the operating system has changed a lot in the last 10 years, but also applications have been constantly updated to keep up with both the continuous changes of the system and user requests. With such frequent updates, it can be difficult for final users or app store managers to understand what really changes between two releases of the same app, and whether updating an app could be a threat. In this thesis we focus on understanding how Android applications evolve, concentrating our research on analyzing subtle changes in the behavior that may pose security and privacy threats. Our first contribution is an analysis on how permission requests evolve in Android applications. In this work we confirm some trends already reported in the literature, such as applications increasing the number of requested permissions over time, and also present new findings, such as showing that the addition or removal of permissions and functionalities is not always correlated. Following the results of the first study, where we focused only on permission requests, we perform a broader and more in-depth analysis which takes in consideration multiple aspects of applications. We combine information extracted with different static and dynamic analyses, such as information flows, layout changes and libraries used, to report insights on the evolutionary behavior of applications. We show that new information flows in 18% of the cases incur without any change in the user interface, and thus are very hard for the user to notice. The third contribution of this thesis is part of a collaboration on a study performed on parental control applications: those apps, which target a more sensitive user-base, should particularly pay attention to security and privacy issues. We show that these apps are on average more permission-hungry than the top 150 apps in the Google Play Store, and report some privacy issues discovered, such as the use of libraries which forbid in their Terms of Service their use in children-oriented applications. The fourth contribution is a study on the threat that permission groups in the Android permission model introduced with Android 6 can pose to users. With the new model dangerous permissions are divided into groups, and automatically granted by Android if an app already has another permission within the same group. We investigate how often developers ask for permissions that the OS would automatically grant, and if developers are taking advantage of this behavior to access sensitive user data, reporting that in fact this is the case. Finally, all the analysis techniques that we implemented for our studies are integrated in Cartographer, an analysis framework created as part of the work of this thesis, and which we made available to the research community. ----------RESUMEN---------- Google lanzó en septiembre de 2008 la primera versión de Android, que creció rápidamente hasta convertirse en el sistema operativo móvil más popular, con una cuota de mercado superior al 75% en mayo de 2019. No solo el sistema operativo ha cambiando significativamente en los últimos 10 años, sino también las aplicaciones se actualizan continuamente para estar al día con los constantes cambios del sistema y las necesidades de los usuarios. Con todos estos constantes cambios, puede ser difícil para los usuarios finales o los administradores de las tiendas de aplicaciones entender qué ha cambiado realmente entre dos versiones de la misma app, y si actualizarla puede ser una amenaza. En esta tesis nos centramos en analizar cómo las aplicaciones de Android evolucionan, centrando nuestra investigación en la seguridad y la privacidad. Nuestra primera contribución es un análisis de cómo las solicitudes de permisos evolucionan en aplicaciones de Android. En este trabajo confirmamos algunas tendencias ya reportadas en la literatura, como que las aplicaciones aumentan la cantidad de permisos solicitados a lo largo del tiempo. También presentamos nuevos hallazgos, como que la inclusión o eliminación de permisos y funcionalidades no está siempre correlacionada. A continuación de los resultados del primer estudio, donde nos centramos solo en las solicitudes de permisos, realizamos un análisis más amplio y en mayor profundidad que tiene en cuenta varios aspectos de las aplicaciones. Combinamos los datos extraídos, como flujos de información, cambios en el layout y librerías usadas, para reportar el comportamiento evolutivo de las aplicaciones, mostrando que la inclusión de un flujo de información nuevo dentro de la aplicación es completamente transparente para los usuarios el 18% de los casos. La tercera contribución en esta tesis es un estudio realizado sobre aplicaciones de control parental: estas aplicaciones, que tienen usuarios muy vulnerables, deben prestar especial atención a la seguridad y la privacidad. Mostramos que estas aplicaciones piden, de media, más permisos que las 150 aplicaciones más descargadas de Google Play Store. También reportamos algunos problemas de privacidad, como el uso de librerías que prohíben en sus términos de uso su inclusión en aplicaciones orientadas a su uso por niños. La cuarta contribución es un estudio sobre la amenaza para los usuarios que los grupos de permisos introducidos en Android 6 pueden suponer. A partir de esta versión los permisos están divididos en grupos y si una app ya tiene concedido un permiso del grupo y pide uno nuevo, este se acepta de forma automática. Investigamos cómo de habitual es este comportamiento y si los desarrolladores están abusando de ello para acceder a información delicada de sus usuarios. Nuestros análisis demuestran que, efectivamente, esto se produce. Finalmente, todas las técnicas de análisis implementadas para nuestros estudios fueron integradas en Cartographer, un framework de análisis creado como parte del trabajo de esta tesis y que hemos puesto a disposición de la comunidad investigadora.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
FP7291803AMAROUT-IIFUNDACION IMDEA SOFTWAREAMAROUT-II EUROPE
Government of SpainTIN2015-70713-RDEDETISUnspecifiedDetección y defensa contra amenazas a la sociedad de información
Government of SpainRTI2018-102043-B-I00SCUMUnspecifiedUnspecified
Madrid Regional GovernmentS2013/ICE-2731N-GREENS SOFTWAREUnspecifiedNext-GeneRation Energy-EfficieNt Secure Software
Madrid Regional GovernmentS2018/TCS-4339BLOQUESUnspecifiedUnspecified

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Item ID: 57886
DC Identifier: http://oa.upm.es/57886/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57886
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57886
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 10 Feb 2020 07:17
Last Modified: 10 Feb 2020 07:17
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