制插装技术本章小结第章逆向分析污点数据传播程序数据分类污点数据概述逆向回溯分析基于依赖结构的逆向分析技术函数调用关系分析函数依赖矩阵生成程序函数调用路径生成本章小结第章基于敏感区域的路径遍历基于动态分析的路径遍历基于敏感区域的路径路径选择路径遍历优化处理循环体处理无关分支处理分支约束取反处理求解器介绍本章小结第章原型系统的设计与实现总功能要求原型系统工作原理插件模块万方数据中间转换模块初始化模块执行模块求解模块不同变量定义输入文件定义和读取内存寄存器读写操作变量运算和比较操作实验测试与结果分析并列式语句待测程序检测并列式和嵌套式混合待测程序检测具有函数调用待测程序检测具有循环待测程序检测具有污点间接传播数据待测程序检测测试总结本章小节第章总结与展望论文工作总结工作展望致谢参考文献附录万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文第章绪论研究背景近年来，信息技术的高速发展促使计算机学科在社会的各个领域发挥极其重要的作用，移动互联网，物联网以及云计算的兴起和高速发展已经从各个层面上影响到人们的生活，传统的计算机学科在这些新技术的冲击下正在发生巨大的变革。越来越多的智能设备以非的形式出现在人们的生活中，预示着嵌入式智能设备已经对人们的生活产生巨大的影响。可以说如今嵌入式智能设备在日常生活中无处不在，并且在医学，通信，军事，金融等行业发挥至关重要的作用，嵌入式技术对相关设备的改造和智能化开发的产物小到移动电话，智能电视机，洗衣机，大到国防科技服务设备，航天飞机，卫星控制。正是由于嵌入式系统的高灵活性高性价比嵌入性强等特点，使得基于嵌入式开发的产品不断融入社会领域的各个行业，嵌入式设备所创造的市场价值不断增长，在软件产业中所占有的市场份额逐个开源库和些三星移动设备中使用的流行压缩算法中发现了个年之久的漏洞。发现这个漏洞的研究人员表示，这个漏洞可能会影响些汽车和飞机系统，以及其他运行嵌入式开源软件的消费级电子设备。虽然针对不同软件系统进行程序缺陷检测的分析技术近年来得到了重大发展，但是由于嵌入式系统对于空间资源的高要求，操作响应时间的实时性，硬件设备的高依赖性，使得专门针对嵌入式软件进行程序缺陷程序运行在同进程中，具有较高的执行效率。基于以上两种方法的对比考虑，本文采用了动态插装的方式进行课题研究。动态二进制插装技术动态二进制插桩技术允许待测程序在保持原有逻辑完整性的同时在程序内部插装些辅助代码，通过这些辅助代码的执行获取待测程序运行时的信息，基于框架建立的工具能够执行许多不同的任务如污点分析指令跟踪自动解包自修改代码分析等等，近年来万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文技术发展迅速，国外出现了很多采用技术开发的测试平台，其中包括以及等，在所有的平台中，作为目前的主流框架具有功能强大，适应范围广等特点，本文的研究工作基于该平台进行，目前的最新版本支持的平台有。介绍由等人于年在下研发的套仿真调试工具的集合，本质上是个进程虚拟机，般来说可以分为两个部分，组件模块和模拟运行环境的模块，组件模块用来实现对汇编指令进行中间语言的转换，模块完成对程序的加载，环境的模拟，缓存的读写等操作，在对待测程序进行分析时，启动目标程序并将该程序作为加载程序运行在之上，通过的模块模拟的运行从而虚拟执行待测程序，这么做的主要目的就是使待测程序的所有运行情况都在的可控制范围内，如图所示为待测程序直接运行在操作系统上和运行在上的区别。启动待测程序真实执行完毕退出启动待测程序执行完毕退出启动运行模拟环境图运行机制中间语言表示是种在源语言和目标语言之间进行转换使用的抽象语言，它屏蔽了不同目标机器之间的差异，统了不同目标机器的操作方式。使用了自定义的套协议作为独立于体系结构的中间表示即，它采用了类似的指令集，由于条机器指令在实际执行过程中往往包含对多个寄存器及内存的操作，规定条原机器指令可以被翻译成多条的中间语言指令，通过这种对多的映射关系，可以更加显式的表示出万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文单条指令中包含的复杂操作关系。介绍通过块内存来存储寄存器状态，因此使用表示读寄存器操作，使用表示写寄存器操作。通过来存储常量，使用分别表示读取和存储内存，并且通过使用来存储程序中产生的中间变量，但该过程必须遵循静态单赋值的准则，即每个中间变量仅能被赋值次。因此在进行设计时，考虑到有无副作用操作而将具体的执行指令分开表示，使用了种表达式来表示无副作用的操作，如读寄存器使用表示，读内存使用表示，元操作，二元操作，三元操作分别使用表示。使用了另外种表达式来表示有副作用的操作，如写寄存器使用表示，写内存使用表示，为临时变量赋值使用表示等。下面对和部分表达式所表示含义进行简要说明，为内部定义的个结构体形式，由表达式的类型和具体表达式两部分组成，是个枚举类型共有种，定义如下对应的具体操作因此也分种，部分表达式解释如下，在客户端状态个固定偏移处读取个客户端寄存器。整型常量为偏移量，类型为要读取值的类型。定义形式为临时变量。为类型即。定义形式为，个元操作。类型为操作代码，为指针类型，表示元操作中操作数。定义形式为二元操作，三元操作类似加载内存。类型表示字节顺序，类型表示加载值的类型，指针类型表示加载的地址。定义形式为也由两部分组成，分别为和具体表达式，和类万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文似也是个枚举类型，定义如下，对应的具体表达式部分解释如下，在客户端状态中个固定偏移处写个客户端寄存器。整型常量为在客户端状态中的偏移量，表达式指针为要写入的值。定义形式为，给临时变量赋值。遵循规则，为赋值操作的左边部分，表达式指针为赋值操作的右边部分，定义形式为写入个值到内存。表示存储的字节序顺序，表达式指针为存储的地址，表达式指针为要写入的值。定义形式为正是通过和将各种汇编指令翻译成中间语言的形式。虚拟寄存器通过模拟了个可以供待测程序虚拟执行的环境，待测程序中所有对原有寄存器的操作都会被映射到对虚拟寄存器的操作上，提供片连续的内存空间用来虚拟不同寄存器，由于兼容了目前许多主流的平台，每种平台的寄存器分布状态都有所区别，因此分别为每种平台都详细制定了虚拟寄存器，例如在体系下，虚拟寄存器定义在中，通过和操作，并利用地址偏移量来实现对不同寄存器的存取操作。部分定义如下所示偏移起始地址偏移量万方数据硕士学位论文题目面向嵌入式软件缺陷检测的动态测试用例生成研究生程攀专业计算机应用技术指导教师方景龙研究员完成日期年月万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文面向嵌入式软件缺陷检测的动态测试用例生成研究生程攀指导教师方景龙研究员年月万方数据，万方数据杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。论文作者签名日期年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文。保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名日期年月日指导教师签名日期年月万方数据摘要软件漏洞是软件在设计实现时由于软件功能自身的复杂性和抽象性，导致在具体实现时由于考虑不周全所引起的缺陷。软件漏洞所造成的危害严重，开发人员需要尽最大可能在软件发布之前修复软件中存在的安全隐患，软件测试直以来都是软件安全领域的研究热点，而用于软件测试的测试用例对于发现软件中存在的缺陷起着至关重要的作用，研究测试用例的自动生成技术不仅能降低测试人员繁重的工作，而且能有效减少软件公司在软件测试方面的测试成本，可以说是个极具研究价值的课题。测试用例生成技术的典型代表测试技术，具有生成用例速度快，应用广泛的特点，但由于测试技术本身缺乏对程序的理解，生成测试用例的过程具有很大的随机性，导致生成的测试用例难以保证测试效率。针对以上问题本文所做工作包括以下四方面研究中间语言和插装过程对中间语言的不同定义和表现形式进行了介绍，对程序的插装原理和插装时机进行了分析，通过插装辅助代码收集程序中的分支条件。研究污点数据流对污点数据的识别，传播形式进行了分析，在污点数据分析的基础上介绍了正向分析法，提出比正向分析效率更高的逆向分析，根据逆向分析的思想提出了函数依赖关系，由依赖关系生成函数依赖矩阵，通过依赖矩阵确定引起异常的函数调用初始点。研究路径遍历通过污点数据分析确定敏感区域，提出基于敏感区域覆盖的路径遍历，并对实现思想进行了介绍，并针对路径遍历技术中存在的些路径问题进行了处理。有效降低了路径爆炸的可能性。设计实现了原型系统对原型系统中的测试用例生成模块进行了详细讲解，并设计了若干测试程序对原型系统进行测试，通过分析实验数据论证系统的有效性。关键词符号化执行，污点数据，路径遍历，中间语言，约束求解万方数据万方数据目录摘要第章绪论研究背景研究意义国内外研究现状研究内容论文章节安排第章符号化执行和中间语言缺陷