基于条件值的C/C++预处理测试算法

传统C/C++代码的预处理分析利用符号执行推断预处理中自由变量条件表达式的值,但是该算法的时间复杂度是指数型的.为降低时间复杂度,提出一种快速符号执行算法.源代码通过词法分析器得到顶处理变量和路径条件,为预处理变量建立节点,把路径条件转化为条件表达式,通过符号执行算法将两者整合为条件值c-value的形式,最终显示预处...     

基于参数约束的分支覆盖符号执行优化算法

软件质量检测常用的方法是软件测试,符号执行作为主流的测试技术已被广泛应用于学术界与工业界中。但是随着程序规模的增大和函数调用的增加,因某些路径约束条件的特殊性,而难以生成正确的测试用例,从而导致符号执行不能对所有路径做到全覆盖。为了提高符号执行在特殊约束条件对路径的覆盖率等问题,本文提出了基于参数约束的符号执行优化算法。首先,该算法通过搜索收集程序代码中函数的特殊参数,然后利用这些特殊参数作为约束条件,最后将约束条件添加到路径的约束集中。该算法使符号执行生成的测试用例更加精确,从而实现覆盖特殊约束条件下的路径分支,以提高符号执行的精确性和路径覆盖率。在开源符号执行平台CREST中实验并验证上述优化算法,验证及测试结果表明本文提出的算法能够提高符号执行在特殊约束条件下对路径的覆盖率。     

基于蚁群算法的猜测符号执行的路径搜索

符号执行作为一种基本的程序分析技术,已被广泛应用于软件测试领域。研究表明,即使在现有的查询优化技术的支持下,约束求解也仍然是符号执行中最耗时的部分。猜测符号执行的思想是将多次约束求解合并成一次求解,从而减少约束求解消耗的时间。但是,猜测的成功率受猜测深度和路径搜索方向的影响,尤其是路径搜索的方向在较大程度上决定了整体猜测的成功率。因此,引导路径搜索向成功率高的方向进行,对提高猜测符号执行的整体效率至关重要。在猜测符号执行的路径搜索过程中引入蚁群算法,根据节点条件信息初次确定分支路径的权重,在多次迭代中根据分支路径的覆盖情况更新权重,通过权重决定路径搜索的方向。实验表明,该方法有效提升了猜测符号执行的效率。     

分布式符号执行平台

在软件工程学中,符号执行技术是一门高效的程序缺陷检测技术.符号执行使用符号值作为程序的输入,将程序的执行转变为相应符号表达式的操作,通过系统地遍历程序的路径空间,实现对程序行为的精确分析.然而,因受路径爆炸问题与约束求解问题的制约,符号执行技术也面临着可扩展性差的问题.为了在一定程度上缓解该问题,本文实现了一个分布式符号执行平台,该平台在调度算法的调度下将任务从主节点分发给多个工作节点,进而实现了任务的并行执行,降低了符号执行的时间开销.     

基于混合输入的环境交互问题研究

针对软件安全测试中静态符号执行技术难以处理环境交互的问题, 提出了一种基于混合输入的符号执行方法。首先, 定义了程序执行的一致性模型, 系统化地分析了符号执行与实际执行的逼近问题; 接着, 提出了符号执行与具体执行的转换方法及维护一致性的启发式策略; 最后, 通过区分可求解约束和复杂约束条件, 提出了具体值和符号值混合代入法化简复杂约束的路径求解算法。实验结果表明该方法在处理环境交互问题上的可行性和有效性, 扩展了静态符号执行的能力。     

结合静态分析与动态符号执行的软件漏洞检测方法

动态符号执行是近年来新兴的一种软件漏洞检测方法,它可以为目标程序的不同执行路径自动生成测试用例,从而获得较高的测试代码覆盖率。然而,程序的执行路径很多,且大部分路径都是漏洞无关的,通常那些包含危险函数调用的路径更有可能通向漏洞。提出一种基于静态分析的有导动态符号执行方法,并实现了一个工具原型SAGDSE。该方法通过静态分析识别目标程序中调用危险函数的指令地址,在动态符号执行过程中遇到这些指令地址时收集危险路径约束,再通过约束求解生成走危险路径的测试用例,这些测试用例将更可能触发程序漏洞。实验结果表明了该方法的有效性。     

基于GCC的符号执行工具

静态分析和符号执行是发现源代码缺陷和提高源代码质量的两种有效方式。然而,这两种技术都面临各自的问题,静态分析误报率较高和符号执行一直面临着路径爆炸难题。为了减少静态分析和符号执行的这些限制,本文构建了一个称为ABARZER-SE的工具,它是第一个基于GCC结合符号执行和静态分析的源代码检测工具。ABAZER-SE由两个阶段组成,第一阶段是通过符号执行获取可行性路径,第二阶段应用静态分析技术对可行性路径分析找到源代码中缺陷。实验结果表明该工具具有可行性、有效性和可扩展性。     

遗传算法辅助的动态符号执行测试方法

动态符号执行是一种有效的软件测试方法,但由于受到约束求解器求解能力的限制,在面对较为复杂的程序和路径条件时,动态符号执行的路径覆盖率还有待提升。针对上述问题,提出了一种遗传算法辅助的动态符号执行测试方法,并基于此方法实现了原型工具JDart-Ga。该方法结合遗传算法的优势,生成约束求解器无法求解的约束条件对应测试输入,从而提升动态符号执行的路径覆盖率。实验结果表明,在测试存在动态符号执行无法覆盖路径的3个实验对象时,所提出方法的路径覆盖率与JDart相比分别提升了16%至23%。     

函数调用路径测试用例自动生成的方法研究

测试用例自动生成是软件测试自动化中最为关键的组成部分之一,符号执行作为一种程序分析方法,以其可提供高覆盖率测试用例的优势被广泛应用其中,但路径爆炸和约束求解问题很大程度制约了符号执行技术在现实程序分析中的应用。将研究粒度由语句提升至函数,利用抽象语法树和字节码序列提取到的函数关键信息和控制信息得到函数调用关系模型,设计算法生成函数调用路径（函数调用路径表示程序从开始到结束之间函数的调用或执行序列）。该方法不仅减少了测试路径数目缓解了路径爆炸问题,还有效解决了控制条件中存在函数导致符号表达式难求解的问题。实验结果表明该方法可优化测试路径集,在不降低覆盖率的前提下减少测试用例数量。     

进化算法与符号执行结合的程序复杂度分析方法

程序的最坏执行路径是计算程序复杂度的一项重要指标,有助于发现系统可能存在的复杂性漏洞.近年来将符号执行应用于程序复杂度分析的研究取得了不小的进展,但现有方法存在通用性较差、分析时间较长的问题.文中提出一种面向最坏路径探测的进化算法——EvoWca,其核心思想是利用程序在较小输入规模下的已知最坏路径特征指导较大输入规模下初始路径集合的构建,然后模拟进化算法,对路径进行组合、突变和选择迭代,使得在搜索范围内探测到的最坏路径逼近于最坏时间复杂度对应的路径.基于该算法实现了一个用于程序复杂度分析的原型工具EvoWca2j,使用该工具和已有技术对一组Java程序进行最坏路径探索和执行效率评估,实验结果表明,相比现有方法,EvoWca2j的通用性和探索效率都有明显提高.     

符号执行中高语句覆盖率的路径调度

符号执行和约束求解相结合的软件测试方法采用深度优先搜索的路径调度算法会造成测试路径聚居性问题,实际软件中存在路径爆炸,使得采用该算法的测试语句覆盖率低下。提出一种新的PSHC路径调度算法。先将路径分为前缀和后缀两部分,每次测试总是试图寻找这样的路径,该路径与已存在的路径具有最短的相同前缀,并且包含尽可能多的尚未被访问过的基本块作为其后缀。基于Phoenix漏洞发掘工具的实验结果表明,PSHC算法可以迅速提高测试的语句覆盖率到100%,有效解决由于深度优先搜索的路径聚居性导致的测试代码的局部性问题,PSHC算法产生的路径数与循环深度无关,软件规模越大,该算法的表现越好。     

基于分支混淆算法的符号执行技术

符号执行是静态分析中的一项常用技术,数组元素混淆问题是限制符号执行本身性能的关键因素之一。通过分析数组混淆实质,提出了一种分支混淆算法,利用边混淆边符号执行的策略,可以处理较为复杂的数组问题。该策略使用实时的约束求解,及时地剪除不可达的混淆分支。结合符号执行和约束求解技术,开发了基于分支混淆算法的工具原型ASym。初步实验表明,利用分支混淆算法可以处理具有分支结构的数组混淆问题,避免延迟替换出现的数组语义误差,且在很大程度上缩减了分支数量,提高执行效率。     

路径分支混淆研究综述

代码混淆是一种便捷、有效的软件保护方法,能够较好地对抗以逆向分析为基础的MATE攻击,随着以符号执行为基础的自动程序分析技术的发展,出现了能够抵抗符号执行的新代码混淆方法——路径分支混淆。依据路径分支信息的构成,以及分支信息在对抗符号执行分析上的差异,对分支混淆技术进行了分类,并给出了分支信息泄露与符号执行的联系;按照分支混淆的分类,对当前分支混淆的研究进展进行了介绍和总结,分析了各类分支混淆的优缺点;最后,对分支混淆技术的发展进行了展望。     

路径模糊:一种有效抵抗符号执行的二进制混淆技术

符号执行能够对软件的路径分支信息进行收集和形式化表示,然后通过路径可达性推理得到软件行为同用户输入、网络输入等外部执行环境间的依赖关系.这些依赖关系已被广泛地应用到漏洞发掘、代码复用、协议分析等领域.该逆向分析技术也可被黑客用于软件破解、篡改和盗版等,对软件知识产权的保护带来了新的威胁.提出了一种新的基于路径模糊的软件保护方法以抵抗基于符号执行的逆向分析:利用条件异常代码替换条件跳转指令来隐藏程序的路径分支信息,使用不透明谓词技术引入伪造的路径分支来弥补程序在统计属性上的差异,并对路径模糊技术的强度、弹性和开销进行了分析.实验结果表明路径模糊技术能保护各类路径分支条件,有效减少路径分支信息的泄露,抵抗基于符号执行的逆向分析.     

基于符号执行和数据挖掘的路径可达性检测研究

要把静态分析技术真正应用于软件工程的实践中,程序中的不可到达路径依旧是一个巨大的障碍。在缺乏不可到达路径信息的情况下,数据流信息只能以一种非常保守的方式被利用,因而使进一步的工作,例如测试数据生成或者软件缺陷检测变得更加困难和低效。本文提出一种融合符号执行以及数据挖掘的混合型方法来检测程序中的不可到达路径,充分利用符号执行的精确性以及数据挖掘的高效性,这种方法被证明是有效并且实用的。     

一种C程序内存访问缺陷自动化检测方法研究

符号执行是目前较为行之有效的软件缺陷自动化检测方法,计算代价昂贵与程序执行路径爆炸是两个影响其性能的关键问题.提出了一种针对C语言程序内存访问缺陷的符号执行检测方法,该方法可通过自动化构造的测试用例发现程序内部的内存访问缺陷,如缓冲区溢出、跨界访问和指针异常等.使用符号跟踪缓冲区长度的方法,一方面减少了符号变量的数量,另一方面由此精确抽象C语言库中字符串操作函数的行为,解决了符号执行过程间函数调用的步进问题;使用动态切片的方法,裁减路径探索过程中的冗余路径,从而解决在程序内部路径搜索时发生的路径爆炸问题.实验表明,提供的检测方法不但可行,而且验证代价较小,具有较强的实用性.     

SymFuzz:一种复杂路径条件下的漏洞检测技术

当前漏洞检测技术可以实现对小规模程序的快速检测,但对大型或路径条件复杂的程序进行检测时其效率低下。为实现复杂路径条件下的漏洞快速检测,文中提出了一种复杂路径条件下的漏洞检测技术SymFuzz。SymFuzz将导向式模糊测试技术与选择符号执行技术相结合,通过导向式模糊测试技术对程序路径进行过滤,利用选择符号执行技术对可能触发漏洞的路径进行求解。该技术首先通过静态分析获取程序漏洞信息;然后使用导向式模糊测试技术,快速生成可以覆盖漏洞函数的测试用例;最后对漏洞函数内可以触发漏洞的路径进行符号执行,生成触发程序漏洞的测试用例。文中基于AFL与S2E等开源项目实现了SymFuzz的原型系统。实验结果表明,SymFuzz与现有的模糊测试技术相比,在复杂路径条件下的漏洞检测效果提高显著。     

形状分析符号执行引擎中的状态合并

符号执行技术以其良好的精确度控制和代码覆盖率被广泛应用于静态程序分析和高覆盖率测试用例自动生成。 符号执行 在分析程序时,以模拟真实的程序执行过程的方式分析程序的数据流和控制流信息,并检查程序可能出现的所有状态,得到程序的分析结果。高精确度和高覆盖率要求对程序状态描述具体而完备,这会导致符号执行过程中常见的状态爆炸问题。首先提出在不同的执行路径上对具体内存状态进行合并的算法,然后对内存模型进行适度的抽象,扩大状态合并算法的适用范围,最后讨论状态合并所带来的实际效果,并提出了状态合并的优化解决方案。所提出的算法在符号执行引擎ShapeChecker上实现,并取得了良好的实验结果。     

一种C程序断言的全自动静态验证方法

在软件程序中插入断言是保证软件质量的一个简单但有效的方法，人们常使用测试的方法检验程序中的断言是否满足，但测试很难保证验证的完备性。本文提出了一种可以保证完备性的全自动静态断言验证方法，其基本思想是基于程序切片符号执行程序的所有执行路径，并证明路径上的所有断言都满足。为了尽量减少符号执行的语句的数量，使用了基于反例的抽象精化方法，从一个粗略的切片标准开始迭代地符号执行一爷路径，根据验证的反例自动生成下一次迭代过程中使用的精化的切片标准。包含循环的程序可能具有无穷多条程序执行路径，提出的基于符号执行上下文不变式证明的方法可以证明由于循环导致的无穷多条路径中断言都满足，从而使得验证过程可以终止。实验表明，提出的全自动静态断言验证方法不仅可行，而且验证代价较小，具有较强的实用性。     

基于符号执行的软件静态测试研究

文中基于符号执行理论,设计了一种面向C语言的静态分析方法。通过词法分析和语法分析构建了程序的抽象语法树,并在此过程中对源代码进行规范性检查,再根据函数调用关系与抽象语法树来确定程序分析层次,并通过约束求解器确定程序中每一条可执行路径,最后依照程序的可执行路径得到每个变量最终的符号执行结果。该方法支持基于C语言文法的程序规范性检查,便于代码质量度量。利用该方法得到的抽象语法树,可开展静态构架分析,同时利用变量值的符号表达式可辅助测试用例生成,有助于提高测试的效率和质量。