[发明专利]一种基于静态路径分析的导向符号执行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导向符号执行方法，具体涉及一种基于静态路径分析的导向符号执行方法。

背景技术

符号执行是一种通过将输入数据看作符号值，并模拟程序执行，在执行的过程中将路径的约束条件使用无量词一阶公式形成约束表达式，从而实现对程序的分析。

尽管符号执行技术在三十年前就被提出，近年来大量的研究人员对其充满热情，尤其是在软件安全分析方面，符号执行技术被用于产生高覆盖率的测试用例、查找程序中更深层的bug、攻击代码自动生成等等。符号执行技术已经在学术实验室和工业领域被应用到各种工具中。符号执行首先在代码检测中被用于提高代码的覆盖率，可以遍历尽可能多的代码路径，已经在多个工具中得到应用。理论上可控内存分配问题可以使用进行完整的检测。但符号执行所引起的路径爆炸导致无法完整的遍历完成整个程序。但我们的工作主要是搜索到达特定代码的路径，因此只需对部分代码进行遍历。

我们了解到已有一些工作对利用符号执行来到大某个特殊代码行的相关研究，如执行综合，最短路径符号执行，综合信息控制流图等。其中ESD使用接近的导向符号执行来到达程序的指定代码行，但其工作并没有公开，我们无法重复其工作。而我们使用的是基于路径相关函数和基本块的权值实现的导向符号执行的。最短路径符号执行和后向符号执行是在一个过程间的控制流图上进行导向符号执行，可以通过计算到达目标代码行的最短距离来导向程序的执行，以及从指定目标代码行向调用该代码的函数进行后向执行来实现找到指定代码的可达路径探测。Domagoj在2011年提出了基于静态导向的动态测试用例生成，并设计了一个三步完成的思路。2013年，Caselden在其基础上又提出了综合信息控制流图的方法，可以对二进制程序构建一个特殊的控制流图，从而实现导向符号执行。基于循环扩展的符号执行对符号执行做了一定的优化，可以检测到因为符号值作为循环变量导致的缓冲区溢出，但其需要引入多个其他符号变量。而我们的符号执行优化主要是对整数相关的属性进行增强以及整数转换操作函数进行优化。虽然有效的提高了代码的覆盖率，但其对执行到指定代码处没有任何速度上的提高，且没有任何对路径爆炸的优化。

目前静态分析技术找到的路径很多，且并不一定实际可达。而符号执行技术受限与路径爆炸问题，难以快速到达指定的目标代码。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于静态路径分析的导向符号执行方法，能够快速到达指定的代码的位置，并给出到达目的代码的测试输入。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种基于静态路径分析的导向符号执行方法，包括以下步骤：

步骤一、首先通过静态分析确定检测的目标，找到目标程序中内存分配相关的代码或指令；

步骤二、获取从程序起始点到指定代码点的路径相关函数和基本块，并依据路径可达性和距离对这些函数和基本块进行权值计算，形成一个基于代码基本块的加权源-目标有向图；

步骤三、函数和基本块路径的权值确定后，通过符号执行寻找实际可达路径，优先选择权值大的静态分析可达路径进行遍历，减少路径探测引发的组合爆炸；

步骤四、静态路径分析：首先分析指定的起点和终点之间路径可达性关系，然后获取可达路径相关的函数和基本块信息，最后利用函数、基本块之间的可达性和路径距离进行权值设定；

步骤五、导向符号执行：将静态路径分析所得到的路径相关的函数和基本块信息放到Paths[funcs，bbs]中，所有要分析的目标指令存放到allocCallInst的Vector中，states中存放当前所有的路径状态，当符号执行引擎对目标程序进行执行分析，通过循环对程序中的指令进行逐条解释执行。

其中逐条解释执行采用以下方法：首先通过选择路径算法选择权值最大的路径优先执行，在符号执行的过程中，如果碰到退出或者发生错误将产生相应的测试用例并退出该路径，如果遇到函数调用指令，则判断是否是我们需要检测的目标指令，如果是则将进行检测，输出到达目标指令的路径并生成相应的测试输入；当执行到分支指令时，则对分支跳转的基本块进行判断，在符号求解之后检查可跳转的基本块是否在静态分析的相关路径的基本块中，如果是则加入要执行的路径状态，如果不是则不加入。从而实现路径相关的选择。

其中选择路径算法为在每次路径选择时，通过对当前所有的状态进行遍历，依据静态分析的结果来选择当前权值最大的基本块作为下一个执行的路径。

其中导向符号执行中还包括整数敏感的符号执行。