一种动静结合的代码反汇编框架

反汇编技术是二进制代码分析的基础,传统的静态反汇编方法存在着数据代码混编和间接跳转指令等带来的反汇编困难.为此,本文提出了一种动静结合的代码反汇编框架DTBC.在DTBC中,静态反汇编引擎根据传统反汇编算法实现代码的静态反汇编,通过代码分析技术标记程序中的敏感指令;符号执行引擎利用混合符号执行技术和约束求解器生成可达敏感指令的程序输入;动态仿真引擎模拟不同输入条件下的程序执行过程,通过监控代码的执行路径达到反汇编求精的目的.实验模拟的结果表明,DTBC能够有效提高代码反汇编的准确性和覆盖率.     

基于目标码的测试覆盖不可达分析方法

基于目标码的测试覆盖率分析是软件测试过程的必要关键步骤,不可达分析能够保证测试的完整性和充分性.给出嵌入式软件基于覆盖率测试的分析过程,在嵌入式虚拟测试平台的基础上,对程序目标代码插桩,采用语句和分支覆盖率分析准则,将黑盒测试和白盒测试相结合,分析不可达分支语句引入机理,并通过具体的反汇编代码实例分析来验证这种测试方法的可行性和有效性.专门针对覆盖率不可达的分析可以有效验证软件功能,发现软件缺陷,进一步提升软件质量.     

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.     

一种支持多线程程序的符号执行技术

符号执行是一种实用的验证程序中是否包含某类错误的技术,具有0误报率的优点,但是主流的执行工具并不支持分析多线程程序。本文对已有的多线程程序的符号执行工具进行分析,发现存在的问题有：1）有些工具性能好,但是不支持外部库,实用性很差;2）有些工具支持外部库函数,但是版本老,难以更新和维护,无法检查减法溢出、乘法溢出、移位溢出等基本类型的bug。本文基于最主流的符号执行工具KLEE设计并实现支持多线程程序的符号执行工具——MTSE（Multi-Thread Symbolic Execution）。MTSE支持libc和libc++库,并且相对于已有的同类工作Cloud9,MTSE可以多查找出约50%的程序缺陷,并且指令覆盖率和分支覆盖率上均有约30%的提升。     

二进制代码覆盖率评估系统的设计与实现

在程序动态测试中,需要评价二进制代码动态测试效果.提出了一种二进制代码覆盖率评估方法,设计并实现了基于分支轨迹存储技术的二进制代码覆盖率评估系统.通过分支监视引擎记录动态测试中的代码分支轨迹,利用分支轨迹数据修正静态分析结果,综合静态分析结果和分支轨迹记录评估二进制代码覆盖率,并实现轨迹数据的可视化.实验结果表明,该系统能够有效提高覆盖率评估精度和效率.     

基于程序切片的测试用例生成系统研究与实现

介绍了一种基于程序行为切片的测试用例生成系统的实现方案,系统在不扫描全部程序路径的情况下,生成可以覆盖全部程序行为的测试用例集。系统分为静态分析、动态符号执行以及测试用例生成3个模块。在静态分析模块中根据输入的程序代码分析程序的控制流和信息流,提取程序的控制依赖和数据依赖,并计算程序的潜在依赖;动态符号执行模块求解约束条件、生成测试用例和分析代码执行过程;测试用例生成模块根据执行路径和依赖关系计算被路径覆盖的程序行为切片和未被覆盖的程序行为切片,然后根据未被覆盖的程序行为切片,引导符号执行生成能覆盖新的程序行为切片的测试用例。实验证明,本系统生成的测试用例集可以保证覆盖所有的程序行为,同时能显著减少生成的测试用例数量。     

二进制翻译中解析多目标分支语句的图匹配方法

二进制翻译技术现已成为实现软件移植的重要手段.在二进制翻译系统中,如何有效地挖掘程序的代码并对其进行高效翻译是影响系统性能的关键,而二进制代码中间接跳转语句的存在,使得静态时难以得到它的跳转目标,影响了代码的发掘率和最终的翻译效果.在通常的应用程序中,间接跳转指令经常用来实现多目标分支语义,分支目标存放在跳转表中.提出了一种解析多目标分支语句及其跳转表的方法,能够挖掘出间接跳转的目标,进而对其进行有效翻译并提高二进制翻译系统的性能.该方法提出使用语义图来对预期语义进行刻画和表达.语义图能够对考察的指令序列进行语义提取,识别出与预期语义相匹配的指令流,还可以应对编译器在不同优化选项下生成的指令,并能有效滤除不相关指令带来的干扰.实验结果表明,对于SPEC CINT2000中的部分测试用例,代码翻译的覆盖率可以提高9.85%～22.13%,相应带来的性能提升可达到8.30%～17.71%,而使用的算法时间复杂度仅为O(1).     

目标码流图和结构覆盖率获取方法

为了有效进行目标码分析与验证,提出了通过扩展CPU模块获取目标码控制流图及结构覆盖率的方法.采用CPU分支指令功能扩展,并新增动态地址跳转记录单元,实现目标码控制流信息的有效采集,结合目标码流图构造算法,完成结构覆盖率计算.分析结果表明,该方法不依赖于开发工具链信息和无需代码插桩,对CPU运行性能影响小且目标码流图构造算法为线性复杂度.     

二进制代码的漏洞挖掘技术研究

基于网络信息安全漏洞问题越来越受重视,针对漏洞研究中测试代码覆盖率和漏洞挖掘效率问题,设计并实现了基于混合符号执行的Fuzzing测试系统;该系统采用了指令动态追踪、混合符号执行、约束求解、测试用例生成及动态测试5个模块,通过对系统各个环节优化处理提高效率,并实验验证系统代码覆盖率较传统Fuzzing测试工具也有较大提高,得出了该系统能适用于大型应用软件测试的结论。     

分支混淆中的条件异常代码构造研究

当前分支混淆技术通过构造条件异常代码和异常处理替代条件跳转指令,隐藏分支选择指令的地址,提高约束条件获取的难度,从而对抗符号执行。当前方法构造的条件异常代码中,关键数据具有二值性问题,有利于分支混淆的检测、发现和约束条件获取,降低了混淆的隐蔽性和与符号执行的对抗性;基于该缺点,提出一种使关键数据具有多样性特征的条件异常代码构造方法,增加了混淆的隐蔽性和约束条件的获取难度,提高分支混淆对抗符号执行的强度;通过结构化异常处理实现了基于新型条件异常代码构造的分支混淆原型系统,并对混淆进行了测试和分析。     

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%。     

Slice-based statistical fault localization

Recent techniques for fault localization statistically analyze coverage information of a set of test runs to measure the correlations between program entities and program failures. However, coverage information cannot identify those program entities whose execution affects the output and therefore weakens the aforementioned correlations. This paper proposes a slice-based statistical fault localization approach to address this problem. Our approach utilizes program slices of a set of test runs to capture the influence of a program entity's execution on the output, and uses statistical analysis to measure the suspiciousness of each program entity being faulty. In addition, this paper presents a new slicing approach called approximate dynamic backward slice to balance the size and accuracy of a slice, and applies this slice to our statistical approach. We use two standard benchmarks and three real-life UNIX utility programs as our subjects, and compare our approach with a sufficient number of fault localization techniques. The experimental results show that our approach can significantly improve the effectiveness of fault localization.     

Computation of dynamic program slices for unstructured programs

A dynamic program slice is an executable part of the program whose behaviour is identical, for the same program input, to that of the original program with respect to a variable(s) of interest at some execution position. The existing algorithms of dynamic slice computation use data and control dependencies to compute dynamic slices. These algorithms are limited to structured programs because they may compute incorrect dynamic slices for unstructured programs, due to the limitations of control dependencies that are used to compute dynamic slices. In this paper, we present a novel approach to dynamic slice computation for unstructured programs. The approach employs the notion of a removable block in finding dynamic program slices. Dynamic slices are derived by identifying not only those parts of program execution that contribute to the computation of the value of a variable of interest, but also those parts of program execution that do not contribute to the computation of the variable value. Data dependencies are used to identify contributing computations, whereas removable blocks are used to identify noncontributing computations. We have proved that the presented dynamic slicing algorithms correctly compute dynamic slices. In addition, these algorithms may compute more accurate dynamic slices compared to existing algorithms that use control dependencies. The presented algorithms have been implemented in a tool that supports dynamic slicing for Pascal programs     

Strategies for scalable symbolic execution-driven test generation for programs

With the advent of advanced program analysis and constraint solving techniques,several test generation tools use variants of symbolic execution.Symbolic techniques have been shown to be very effective in path-based test generation;however,they fail to scale to large programs due to the exponential number of paths to be explored.In this paper,we focus on tackling this path explosion problem and propose search strategies to achieve quick branch coverage under symbolic execution,while exploring only a fraction...     

基于符号执行与模糊测试的混合测试方法

软件测试是保障软件质量的常用方法,如何获得高覆盖率是测试中十分重要且具有挑战性的研究问题.模糊测试与符号执行作为两大主流测试技术已被广泛研究并应用到学术界与工业界中,这两种技术都具有一定的优缺点：模糊测试随机变异生成测试用例并动态执行程序,可以执行并覆盖到较深的分支,但其很难通过变异的方法生成覆盖到复杂条件分支的测试用例.而符号执行依赖约束求解器,可以生成覆盖复杂条件分支的测试用例,但在符号化执行过程中往往会出现状态爆炸问题,因此很难覆盖到较深的分支.有工作已经证明,将符号执行与模糊测试相结合可以获得比单独使用模糊测试或者符号执行更好的效果.分析符号执行与模糊测试的优缺点,提出了一种基于分支覆盖将两种方法结合的混合测试方法——Afleer,结合双方优点从而可以生成具有更高分支覆盖率的测试用例.具体来说,模糊测试（例如AFL）为程序快速生成大量可以覆盖较深分支的测试用例,符号执行（例如KLEE）基于模糊测试的覆盖信息进行搜索,仅为未覆盖到的分支生成测试用例.为了验证Afleer的有效性,选取标准程序集LAVA-M以及实际项目oSIP作为评测对象,以漏洞检测能力以及覆盖能力作为评测指标.实验结果表明：（1）在漏洞检测能力上,Afleer总共可以发现755个漏洞,而AFL仅发现1个;（2）在覆盖能力上,Afleer在标准程序集上以及实际项目中都有不同程度的提升.其中,在oSIP中,Afleer比AFL在分支覆盖率上提高2.4倍,在路径覆盖率上提升6.1倍.除此之外,Afleer在oSIP中还检测出一个新的漏洞.     

失效上下文统计分析的软件故障定位方法

针对程序切片方法不提供语句的可疑程度描述,而覆盖分析方法不能充分分析程序元素间的相互影响等问题,提出上下文统计分析的软件故障定位方法。首先,将源程序转换为抽象语法树和程序依赖图;接下来,插桩程序,收集运行时信息;然后,根据失效点,执行按需的反向动态切片,确定失效产生的上下文;最后,对于反向动态切片中的节点,统计计算可疑度,输出带可疑度排序的动态程序切片。该方法不但描述了失效产生的上下文,还计算上下文中各个语句的可疑度。实验结果表明,所提方法与单一的覆盖分析方法相比,平均Expense降低了1.3%,与单一的切片方法相比,平均Expense降低了5.6%,所提方法可以有效辅助开发人员定位与修正软件缺陷。     

一种基于动态插桩的JavaScript反事实执行方法

目前,静态分析技术已被广泛用于JavaScript程序的安全性分析。但是由于JavaScript支持通过eval等方法在运行时动态生成代码,仅靠静态分析难以取得动态生成代码。一种可行的解决方法是通过动态运行目标程序取得动态生成代码,再对其进行静态分析。然而,动态运行目标程序只能覆盖有限的执行路径,会遗漏其他执行路径中的动态生成代码。针对这一问题,基于动态插桩实现了一个反事实执行方法。该方法通过修改JavaScript引擎,在其语法解析阶段动态插入反事实执行体,使条件不成立的分支路径和当前执行路径均能够得到执行。通过该插桩方式,即使嵌套调用eval等方法,也能在其动态生成代码中完成插桩。同时,还实现了一种按需undo方法,以消除反事实执行体中赋值操作带来的影响,且能够避免冗余操作。实验结果表明,实现的方法能够有效地扩大动态分析中执行路径的覆盖面。     

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。     

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。