基于关键路径覆盖的二进制程序测试技术研究

论文摘要

随着信息时代的到来,计算机软件被广泛应用到社会各个领域,由软件安全漏洞带来的各种危害也日益严重。二进制作为软件的最终表现形式,是软件安全的理想研究对象,但目前二进制漏洞挖掘存在测试深度不够、测试精度不足和污点分析不全等问题。研究针对二进制程序的细粒度污点分析方法,以及关键路径的二进制程序智能覆盖测试技术,对软件漏洞挖掘有重要的意义。本文从分析现有二进制程序安全漏洞挖掘方法和工具入手,并在此基础上提出了基于关键路径覆盖的二进制程序测试技术,即通过动静态结合的方法,实现对目标二进制程序的安全测试。主要创新性工作总结如下:为了获得程序输入对执行路径的影响,研究并设计了细粒度的动态污点分析技术,结合回溯思想设计了关键分支的回溯污点分析技术,增加了二进制程序执行路径的关键元定位的精确度,并提高了建立程序输入与执行路径映射关系的效率。接着,针对测试效率低和路径爆炸问题,提出了基于关键路径覆盖的选路策略算法,该算法基于域收敛思想,采用多轮迭代方式逼近程序敏感点,实现对程序的关键执行路径快速的分析与遍历,达到了路径集合域上快速收敛到相应敏感区域的目的。最后,研究了不可达点消除、相关点精简和循环处理等路径爆炸抑制技术,减少了路径搜索冗余。本文最终设计并实现了一个二进制程序漏洞挖掘系统symFuzz,并对symFuzz进行了性能测试和对比测试,实验结果表明:symFuzz增加了敏感点的覆盖率,提高了异常数和测试用例比,并发现了swfdump和qtdump等软件中的空指针和段错误等软件缺陷,验证了本文漏洞检测方式的有效性。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 静态方法研究
• 1.2.2 动态方法研究
• 1.2.3 动静态结合方法研究
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 二进制程序分析技术
• 2.1 二进制程序静态分析技术
• 2.1.1 基于程序结构的静态分析技术
• 2.1.2 基于敏感函数的静态数据流分析技术
• 2.1.3 符号执行技术和约束求解
• 2.2 二进制程序动态分析技术
• 2.2.1 动态执行跟踪技术
• 2.2.2 虚拟机仿真技术
• 2.2.3 动态插桩技术
• 2.3 二进制程序动静态结合分析技术
• 2.4 关键路径覆盖技术
• 2.4.1 基于关键路径覆盖测试的基本思想
• 2.4.2 关键技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于回溯污点分析的程序输入依赖判定
• 3.1 污点分析问题描述
• 3.1.1 污点源
• 3.1.2 污点传播规则
• 3.1.3 污点汇聚点
• 3.2 X86 架构下的污点分析
• 3.2.1 x86 架构下污点分析的目标
• 3.2.2 污点分析设计
• 3.3 基于回溯的污点输入依赖判定
• 3.3.1 污点回溯的输入依赖形式化描述
• 3.3.2 基于回溯的污点分析的设计
• 3.4 实例分析
• 3.4.1 污点分析精确度验证
• 3.4.2 基于回溯的输入依赖判定验证
• 3.5 本章总结
• 第四章 面向覆盖目标的动态数据生成
• 4.1 关键路径的相关问题
• 4.1.1 关键路径的定义
• 4.1.2 关键路径的表现形式和重要性
• 4.2 关键路径的智能导向
• 4.2.1 基于关键路径测试的形式化
• 4.2.2 关键路径智能逼近实例
• 4.2.3 基于域收敛的关键路径逼近算法
• 4.2.4 关键路径逼近优化技术
• 4.3 自动测试数据生成
• 4.4 本章总结
• 第五章 二进制程序漏洞挖掘系统symFuzz
• 5.1 symFuzz 的架构设计
• 5.1.1 工作原理
• 5.1.2 总体架构
• 5.2 symFuzz 的详细设计
• 5.2.1 静态分析模块
• 5.2.2 动态分析模块
• 5.2.3 数据生成模块
• 5.2.4 异常监视模块
• 5.3 实验测试与结果分析
• 5.3.1 实验环境
• 5.3.2 测试内容及目的
• 5.3.3 测试对象及测试用例
• 5.3.4 功能测试
• 5.3.5 性能测试
• 5.3.6 对比测试
• 5.4 本章总结
• 结束语
• 一、工作总结
• 二、难点与创新点
• 参考文献
• 作者简历作者在学期间取得的学术成果
• 一、个人简历
• 二、攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢