基于二进制代码的动态符号执行工具

论文摘要

程序分析正在成为计算机安全领域一个重要的组成部分。它对于评估应用程序安全,乃至操作系统安全都有着特殊的意义。现有的程序分析方法很多,污染传播技术和符号执行技术是其中两种最热门且有效的方法。其中符号执行技术给出的分析结果更为精确有效,正成为国际上程序分析领域的研究热点。传统的符号执行是在不执行程序的前提下,用符号值表示程序变量的值,然后模拟程序执行来进行相关分析的技术。在分支语句处,符号执行会为此分支语句建立一个约束条件,将整条程序路径上的分支语句收集起来,便形成了这条程序路径所对应的路径约束条件。路径约束条件与程序路径是一一对应的,只有程序输入满足这个路径约束条件,程序才能沿着相应的程序路径前进。但传统符号执行技术存在状态爆炸、公式流复杂难解、执行效率低下等问题。为了解决符号执行技术中存在的问题,我们提出了一个轻量级的基于二进制代码的动态符号执行工具LDSE。该工具使用动态执行模式,并采用具体执行和符号执行相结合技术,并辅以动态反向切片技术,有效地缓解了上述问题。我们提出的轻量级基于二进制代码的动态符号执行工具LDSE的创新点为:1)采用了简洁的统一内存模型。2)实现了指令缓存器。3)增加了动态反向切片技术。4)实现了一个轻量级基于二进制代码的动态符号执行框架。实验表明,轻量级的动态符号执行工具LDSE在测试用例生成和程序路径覆盖两大应用上非常有效。动态反向切片技术更是在很大程度上缩减了问题集的规模,使得程序分析更快捷高效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究目标
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 本文的组织结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 程序分析相关技术介绍
• 2.1 程序分析技术概述
• 2.1.1 静态程序分析技术
• 2.1.2 动态程序分析技术
• 2.2 切片技术
• 2.2.1 静态切片技术
• 2.2.2 动态切片技术
• 2.3 污染传播技术
• 2.4 符号执行技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的设计与实现
• 3.1 系统框架总述
• 3.2 动态二进制代码插桩平台
• 3.3 指令缓存器
• 3.3.1 功能概述
• 3.3.2 具体实现
• 3.4 运行时分析引擎
• 3.4.1 功能概述
• 3.4.2 内存模型
• 3.4.3 符号树
• 3.4.4 指令分类
• 3.4.5 API 过滤
• 3.4.6 具体实现
• 3.5 切片引擎
• 3.5.1 功能概述
• 3.5.2 设计理念
• 3.5.3 具体实现
• 3.6 约束求解器
• 3.6.1 功能概述
• 3.6.2 代搜索
• 3.6.3 具体实现
• 3.7 本章小结
• 第四章 案例分析
• 4.1 案例概述
• 4.2 求解过程
• 4.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验与分析
• 5.1 实验环境设计与搭建
• 5.2 实验方案与结果分析
• 5.2.1 Benchmark 概述
• 5.2.2 对含循环结构的目标程序的性能分析
• 5.2.3 对含分支及分支嵌套的目标程序的性能分析
• 5.2.4 对Windows XP CMD 应用程序的性能分析
• 5.2.5 动态反向切片性能分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表或录用的论文