Hunter:一种指令集体系结构无关的二进制级动态测试用例生成技术

动态测试用例生成技术是一类新兴的软件测试技术。由于使用该类技术无需任何人工干预,也无需验证人员具备任何专业知识,同时该类技术能够无误地发现程序错误,越来越多的研究者采用该技术查找预发布的二进制级软件错误。然而,已有的该类技术及其实现系统不具有可重定向性,只能处理面向某种特定指令集体系结构(ISA)的二进制代码,进行测试用例的生成与查错。本文提出了一种全新的指令集体系结构无关的二进制级动态测试用例生成技术,以及实现该技术的系统Hunter。与已有的动态测试用例生成技术不同,Hunter具有极强的可重定向性,可对任何指令集体系结构的二进制代码进行查错,定向地为其生成指向不同执行路径的测试用例。Hunter定义了一套元指令集体系结构(MetaISA),将在二进制代码执行过程中收集到的所有执行信息映射为MetaISA,并对生成的MetaISA序列进行符号化执行、约束收集、约束求解以及测试用例生成,从而使整个过程与ISA无关。我们实现了Hunter,将其重定向至32位x86、PowerPC和Sparc ISA,并使用该系统为6个含有已知错误的测试程序查错。实验结果表明,由于MetaISA的引入,只需很小的开销,Hunter系统即可容易且有效地重定向至不同的ISA,并且Hunter能够有效地发现面向32位x86、PowerPC和Sparc ISA编写的二进制应用中隐藏极深的错误。     

Linux程序向Android平台移植的研究

针对Linux程序向Android平台移植的问题,从ABI层面分析了Linux和Android平台的差异,提出并研究了Linux程序ABI兼容的关键问题：系统目录结构一致性、程序加载和链接等问题。在此基础上,利用目录结构重定向和程序依赖关系分析等技术,设计实现了一种基于ABI兼容技术的移植方法。以移植Linux系统上的CUPS打印程序为例,对所提方法做出验证。实验结果表明本方法能够移植复杂的程序,且相比现有基于交叉编译的移植方法复杂度低、通用性高。     

64位Windows ABI虚拟化方法研究

针对64位Windows ABI在Linux上的虚拟化问题,对x86-64ABI在Windows和Linux中的差异进行了分析,提出并研究了实现64位Windows ABI虚拟化的3个关键问题,即程序加载与链接、程序库接口仿真和系统调用仿真。在此基础上,对在用户空间和内核空间实现64位Windows ABI虚拟化的两种解决方案进行了分析,并基于用户空间方案设计实现了一种兼容Win64应用程序的操作系统KgdLinux。实验测试结果表明,64位Windows ABI虚拟化方法是可行的。     

虚拟化与操作系统辨析

随着近10年的复兴,虚拟化技术已成为业界和学界的关注热点。本文从操作系统技术的角度观察和分析虚拟化技术的发展,首先深入讨论虚拟化和操作系统的内涵,并就目前针对该两种技术之间的学术争辩进行分析,本文认为虚拟化技术和操作系统技术本质上互有异同,可相互借鉴和融合。本文就虚拟化和操作系统在若干重要技术领域中各自的技术特点进行详细阐述,包括动态二进制翻译、名字空间虚拟化、资源管理机制、运行时状态保存和回溯机制、系统安全和可信增强等,探讨了虚拟化和操作系统的技术融合趋势。本文认为虚拟化技术的发展为操作系统技术变革带来了新的挑战和机遇。     

面向C++商业软件二进制代码中的类信息恢复技术

采用 C++编写的软件一直是二进制逆向分析中的高难度挑战, 二进制代码中不再保留 C++中的类及其继承信息, 尤其是正式发布的软件缺省开启编译优化, 导致残留的信息也被大幅削减, 使得商业软件(Commercial-Off-The-Shelf, COTS)的 C++二进制逆向分析尤其困难。当前已有的研究工作一是没有充分考虑编译优化, 导致编译优化后类及其继承关系的识别率很低, 难以识别虚继承等复杂的类间关系; 二是识别算法执行效率低, 无法满足大型软件的逆向分析。本文围绕编译优化下的 C++二进制代码中类及其继承关系的识别技术开展研究, 在三个方面做出了改进。第一, 利用过程间静态污点分析从 C++二进制文件中提取对象的内存布局, 有效抵抗编译优化的影响(构造函数内联); 第二, 引入了四种启发式方法, 可从编译优化后的 C++二进制文件中恢复丢失的信息; 第三, 研发了一种自适应 CFG(控制流图)生成算法, 在极小损失的情况下大幅度提高分析的效率。在此基础上实现了一个原型系统 RECLASSIFY, 它可以从 C++二进制代码中有效识别多态类和类继承关系(包括虚继承)。实验表明, 在 MSVC ABI 和 Itanium ABI 下, RECLASSIFY 均能在较短时间内从优化后二进制文件中识别出大多数多态类、恢复类关系。在由 15 个真实软件中的 C++二进制文件组成的数据集中(O2 编译优化), RECLASSIFY 在 MSVC ABI 下恢复多态类的平均召回率为 84.36%, 而之前最先进的解决方案 OOAnalyzer 恢复多态类的平均召回率仅为 33.76%。除此之外, 与OOAnalyzer 相比, RECLASSIFY 的分析效率提高了三个数量级。     

虚拟化从主机到主流

虚拟化并不是一个新技术,在30多年前就已经在主机上得到了应用。但现在,英特尔开始在其处理器当中内置虚拟化支持。Gartner的数据显示,超过80%的服务器都是IA(英特尔架构)服务器。显然,英特尔在芯片上支持虚拟化技术,意味着虚拟化技术开始进入主流。英特尔公司服务器平台事业群产品行销经理伊红卫表示,目前已经有超过7万台应用Xeon MP的服务器支持虚拟化技术。伊红卫表示,英特尔的虚拟化技术改善、扩展了目前的软件解决方案,并且为将来的平台虚拟化奠定了坚实的基础。为什么这么讲?虽然虚拟化技术起源于30多年前的大型机,但是近几年在IA…     

网络虚拟化:可感知虚拟机的网络

虚拟化网络作为数据中心虚拟化的核心之一,其在数据中心虚拟化的过程中具有不可或缺的作用,对虚拟化数据中心的运营管理影响重大。网络虚拟化是虚拟化技术的重要组成部分,其虚拟机感知能力是新数据中心的必备能力。对软件虚拟交换机和支持虚拟化功能的物理交换机这两种虚拟化网络技术进行详细分析和比较。     

基于X86架构的系统虚拟机技术与应用

介绍了基于X86的主流泛虚拟化(Paravirtualization)及完全虚拟化技术(Full-virtualization)尤其是芯片虚拟化技术的支持。描述了两个实现泛虚拟化技术的系统虚拟机Denali及XEN,阐述了完全虚拟化的发展现状,以及支持两种技术结合的解决方案,展望了虚拟机技术的发展前景及其应用。     

基于CAR构件的WebKit本地扩展策略

通过浏览器来完成应用与用户的交互,能够简化应用程序的开发和移植,是当前研究热点.JIL、PalmWebOS、Android都采取类似的解决方案.为强化对基于浏览器的应用程序的支持,Googte在Chrome的新版中引入了二进制的本地扩展解决方案.CAR是一种二进制的构件技术,目标是嵌入式应用.使用CAR技术对开源的浏览器引擎WebKit进行本地扩展是本研究的重点.     

二进制代码安全分析综述

近几十年来,计算机硬件性能和软件规模技术已不同以往,其承载了人类社会生活生产的方方面面.计算机技术的飞速发展,也带来了人们对程序安全问题的关注.由于市面上存在着较多的遗留软件,这些软件无人维护且缺乏源代码支持,其安全性令人担忧,而二进制分析技术被用来解决该类软件问题.二进制分析技术根据其检测方式不同可分为:基于静态的二进制代码分析技术、基于动态的二进制代码分析技术和动静态混合的二进制代码分析技术.本文调研了近年来的二进制代码安全分析领域上相关研究,分别详细阐述了这3类技术中的主要方法,并对其关键技术进行详细介绍.     

虚拟机动态迁移远程属性证明简

随着互联网和企业提高资源利用率,其基础技术虚拟化技术发展迅速。同时虚拟化的动态迁移,是实现资源调度灵活性和可行性必要条件。动态迁移涉及方面广,导致安全问题突出。在Xen虚拟化的平台下,引入了虚拟PCR（vPCR）和属性的概念,利用可信属性认证协议将数据与系统安全属性封装起来保护,同时保护多个虚拟机系统中数据的安全,不受虚拟机系统配置变化的影响,保证虚拟机动态迁移安全性。     

基于安全威胁预测的5G网络切片功能迁移策略

随着虚拟化技术的发展，同驻攻击成为窃取用户敏感信息的重要攻击手段。针对现有虚拟机动态迁移方法对同驻攻击反应的滞后性，在5G网络切片背景下，提出了一种基于安全威胁预测的虚拟网络功能迁移策略。首先，通过隐马尔可夫模型（HMM）对网络切片运行安全进行建模，利用多源异构数据信息对网络安全威胁进行威胁预测；然后，根据安全预测结果，采用相应的虚拟网络功能迁移策略迁移以使迁移开销最小。仿真实验结果表明:利用HMM能对安全威胁进行有效的预测，同时该迁移策略能够有效减少迁移开销与信息泄漏时间，具有较好的同驻攻击防御效果。     

基于虚拟化技术的私有云计算平台设计

为提高分布式集群系统的硬件资源利用率,避免闲置设备造成的经济损失,结合虚拟化技术,提出了一种基于多种框架技术的私有云平台实现方案.该方案整合底层硬件资源,实现了对资源的按需分割、动态分配及动态迁移,并针对传统的虚拟机部署方法中的负载不均衡问题,提出了基于动态分配决策的虚拟机部署机制,该策略根据虚拟机资源的特点,结合现有物理节点的负载情况,对虚拟机进行了动态部署.最后设计实现了灵活性强、可扩展性能好的私有云计算服务平台,以石油勘探中的傅里叶有限差分叠前深度偏移为测试用例进行了应用测试,证明了私有云平台的可行性和有效性,并对虚拟机的部署机制进行了测试.实验结果表明,动态分配决策能够在部署大量虚拟机的同时,较好地保持私有云平台的负载平衡.     

一种基于冗余跳变的虚拟机动态迁移方法

在5G核心网虚拟化环境中,虚拟机共用同一物理服务器会带来一系列的安全问题,如发生侧信道攻击、虚拟节点溢出攻击等,造成用户隐私信息泄露。现有基于虚拟机动态迁移的防御方法是一种有效的主动防御技术,但虚拟机频繁迁移导致了迁移资源开销大和迁移安全性低的问题。为此,提出一种基于冗余跳变的虚拟机迁移方法,对不同虚拟机的迁移频率建立评估计算模型,在保证虚拟机隐私信息安全的前提下减小虚拟机迁移频率,对部分虚拟机采用冗余跳变的方法,以应对虚拟机频繁迁移带来的安全风险。实验结果表明,与现有虚拟机动态迁移方法相比,该方法在取得相同安全防护效果的同时,能够缩短平均迁移收敛时间并降低迁移开销。     

基于SDN网络构架的网络动态优化研究

针对动态网络优化依赖虚拟机在线迁移技术的问题,利用新型的网络架构SDN很好地实现了对网络设备的灵活管理和配置,达到数据中心虚拟化管理,且使得数据中心在资源优化,差错容忍和负载均衡方面具有很好的灵活性。同时,提出了一种基于QoS流机制的多路径虚拟机迁移策略(QMA),该机制通过对网络动态传输的虚拟机迁移资源划分为不同的QoS流,然后对每一个流选择有效的转发路径进行迁移,从而提高虚拟机整体迁移性能,最终达到对网络资源动态优化管理。     

利用虚拟机动态迁移技术整合虚拟和模拟环境

系统虚拟化和模拟技术对当今计算机科学研究和相关产业有着重要的影响.整合虚拟和模拟环境,让运行在虚拟机中的操作系统获得更多重要的服务是一项具有挑战性和有意义的工作.由系统虚拟化提供的虚拟机动态迁移技术作进一步扩展后,可整合这两个计算环境.提出Roam,一个支持在虚拟和模拟环境之间进行虚拟机动态迁移的框架.开发的Roam原型系统实现了Linux虚拟机在Xen和纯Qemu环境之间的动态迁移.相关性能测试表明Roam是一个可行的虚拟机动态迁移方案,并且虚拟机的停机时间和整体迁移时间都在一个可接受的范围内.     

基于虚拟化技术的仿真系统容错优化方法

节点崩溃或者仿真资源不足导致的分布式仿真系统故障,降低了仿真系统可靠性。为保证系统容错效果,降低容错开销,提出了一种基于虚拟化技术的仿真系统容错方法,按照系统故障发生的位置,对不同类型故障动态采用不同类型的容错策略。分析了检查点容错策略的优化方法,给出了最优设置间隔;结合虚拟化技术的优势,解决了副本容错策略的节点选择、副本数量以及位置分布问题;同时,引入基于虚拟机迁移的容错策略,并将其作为检查点容错策略和副本容错策略的补充,以降低容错开销。通过仿真实验数据对比,分析了动态容错策略与普通容错策略的性能,可知动态容错策略保证了系统容错性能,容错开销也保持在较低水平。     

VM内部隔离驱动程序的可靠性架构

利用虚拟化技术来整合资源已成为高性能服务器提高资源利用率的重要手段,虚拟化技术的可靠性对于高性能服务器所提供服务的质量至关重要.然而,驱动故障严重影响了虚拟机中操作系统的可靠性,也同样影响到整个服务器的可靠性.为此,提出一种在虚拟机内部通过隔离故障驱动程序来提高虚拟机可靠性的架构,该架构通过监视驱动程序所使用的内存信息来建立驱动可写权限的授权表,并在虚拟机监视器中设置虚拟机内核空间对应影子页表的写保护来捕获虚拟机的写操作,进而结合授权表判断被隔离驱动程序写操作的正确性.目前,该架构能够在无需修改驱动程序的情况下,在虚拟机内部实现对驱动程序的隔离.实验结果表明：该架构可以隔离84.63%的注入故障造成的系统崩溃失效,并且对于驱动性能的影响小于20%,提高了虚拟化环境的可靠性.     

嵌入式虚拟化技术

计算机系统虚拟化技术是IT领域近几年的热点技术。虚拟化技术的下一步发展方向是嵌入式系统。嵌入式系统进行虚拟化是在嵌入式硬件平台和操作系统之间加入一层叫做虚拟机管理器的软件,由后者构造出可运行多种操作系统的虚拟机。国外多家公司和大学已对嵌入式虚拟化技术展开研究。嵌入式虚拟化的好处包括减少嵌入式系统开发成本、缩短产品上市周期、利于整合功能、减少功耗、软件资产保值和增强安全性与可靠性。嵌入式虚拟化技术面临的问题包括实时调度问题、嵌入式硬件平台多样性问题、电源管理问题以及跨虚拟机通信问题。嵌入式虚拟化技术将给嵌入式领域带来重大变化,值得关注。     

设备虚拟化方法研究与实现

针对虚拟机监控器在IO虚拟化方面存在的性能瓶颈,分析了现有IO虚拟化模型存在的问题,提出了一种基于IO处理机的协作型虚拟机监控器。建立了基于IO处理机的IO虚拟化模型,实现了对客户机操作系统IO访问请求的处理,并进一步给出了该方法下从设备发现到功能模拟等关键技术。实验结果表明,基于IO处理机的IO虚拟化模型能够提供更为稳定的系统环境,并能有效提高整个系统性能。