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基于深度学习和程序切片的软件缺陷定位研究

基于深度学习和程序切片的软件缺陷定位研究

作者：雍健南京邮电大学

学位级别：硕士

在软件工程研究中,缺陷定位是一个至关重要的领域。随着计算机技术的的不断发展,软件的规模也变得越来越庞大,软件中包含的缺陷也越来越多。随之而来的就是缺陷定位的难度和成本大幅增加,这使得软件开发人员需要花费更多的精力和时间来... 详细信息

在软件工程研究中,缺陷定位是一个至关重要的领域。随着计算机技术的的不断发展,软件的规模也变得越来越庞大,软件中包含的缺陷也越来越多。随之而来的就是缺陷定位的难度和成本大幅增加,这使得软件开发人员需要花费更多的精力和时间来定位和修复缺陷。为了解决这个问题,研究人员提出了一系列的自动化缺陷定位技术。这些技术可以根据缺陷报告的内容来给出推荐的可疑代码列表,从而辅助软件开发人员定位缺陷。然而现有的软件缺陷定位技术的性能还有很多提升的空间。本文首先关注了方法级别的缺陷定位任务。现有的基于深度学习的缺陷定位方法通常首先构建整个源代码文件的语义表示,然后将其与缺陷报告进行匹配。由于一个源代码文件中可能包含了多个子行为,而缺陷报告所描述的缺陷行为可能只和源代码文件的部分子行为相关。因此,直接构建整源代码文件的语义表示可能会阻碍缺陷报告和源文件之间的匹配过程。为此,本文提出了一种新颖的基于程序切片的缺陷定位方法,名为S-Bug Locator。该方法首先使用程序切片技术将一个完整的源代码文件进行分解,得到其切片。之后将这些切片分为多行切片和单行切片,并使用不同的特征提取方式来构建这两类切片的语义表示。最后通过计算缺陷报告和源代码文件切片的语义相似性分数来推荐可疑文件。实验结果表明,该方法提升了文件级别的缺陷定位任务的精度。此外,本文还关注了方法级别的缺陷定位任务。相比于文件级别的缺陷定位任务,方法级别的缺陷定位任务所需要匹配的平均实例内容更短,需要检索的实例数量更多,它是一个更加具有挑战性的任务。由于现有的文件级别的缺陷定位方法已经取得了较好的结果,因此本文希望通过寻找一些有效的文件级别的特征并将其应用于方法级别的缺陷定位任务中,从而提升方法级缺陷定位的精度。为此,本文提出了一种新颖的方法级别的缺陷定位方法,该方法主要利用了三类特征来进行缺陷定位,分别是深度特征、信息检索特征和软件工程领域特征。实验结果表明,该方法提升了方法级别的缺陷定位任务的精度。最后,本文基于第三章和第四章所提出的缺陷定位方法实现了一个缺陷定位系统。该系统主要分为三个模块,分别为用户登录模块、数据集管理模块和缺陷定位模块。用户登录系统后,可以进行数据集查看、上传数据和使用缺陷定位功能来查看系统推荐的可疑文件列表以及可疑方法列表。

关键词：程序切片缺陷报告代码语义表示深度学习

面向安卓Intent类型漏洞的程序切片技术研究

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面向安卓Intent类型漏洞的程序切片技术研究

作者：张宸楠山东大学

学位级别：硕士

目前,安卓系统已占据手机系统70%的市场份额,安卓应用数量也大量增长,光Google play中可用的app已经达到了 268万个。但根据相关报告显示,63%的安卓应用中存在安全漏洞并且平均每个应用存在高达39个漏洞,这些漏洞轻则造成拒绝服务攻击,... 详细信息

目前,安卓系统已占据手机系统70%的市场份额,安卓应用数量也大量增长,光Google play中可用的app已经达到了 268万个。但根据相关报告显示,63%的安卓应用中存在安全漏洞并且平均每个应用存在高达39个漏洞,这些漏洞轻则造成拒绝服务攻击,重则造成用户隐私泄露等严重危害,因此,安全研究人员对安卓漏洞展开了大量研究。其中,Intent作为安卓ICC(组件间通信)机制的重要载体,其相关安全漏洞被重点研究,研究人员提出了许多与Intent漏洞有关的分析工具对相关漏洞进行自动化分析。然而,由于一些分析工具的特性以及一些漏洞(如本文研究的Intent重定向漏洞和Pen dingIntent漏洞)的原理较为复杂,现有的工具不能准确高效地对这些漏洞进行分析。因此本文在相关漏洞原理研究的基础上提出了一个基于程序切片的数据流分析工具sliceDroid,该工具能做到对本文研究的漏洞进行准确高效的扫描,也可以根据使用者自定义的规则扫描其他漏洞。本文首先对Intent相关的两个安全漏洞即Intent重定向漏洞和Pendinglntent漏洞进行了深入研究,分析了它们的原理、危害、修复方法和现有工具对其分析的不足。在此基础上,本文提出了一个基于程序切片的数据流分析工具sliceDorid。sliceDroid可以对APK文件进行反编译,读取使用者自定义漏洞规则后基于程序切片对反编译代码进行数据流分析,以跟踪一个变量在使用的过程中是否调用某些关键函数或分析变量的具体值。分析完成后sliceDroid会输出相关结果以便使用者进行后续分析。利用此工具我们对三方市场中的应用和预装应用进行了扫描,发现了许多真实存在的漏洞。我们对一些厂商预装应用的漏洞进行了手动验证,并把11个漏洞上报给了对应的厂商,所有漏洞都已被确认,其中两个漏洞被授予了 CNVD编号(CNVD-2021-102096和CNVD-2021-100644)。

关键词：安卓漏洞 Intent 数据流分析程序切片

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块结构的程序切片方法

哈尔滨工程大学学报 2012年第11期33卷 1384-1393页

作者：张鹏王智学吕帅张睿刘磊吉林大学计算机科学与技术学院吉林长春130012

为弥补传统程序切片方法在切片点变量选择上的局限性,提出了一种灵活的切片准则,并基于该切片准则给出了一种新的切片方法.该方法将程序划分成一种块状结构,把切片划分为块内切片和块外切片,利用块内切片算法和块内切片迭代分别求取块... 详细信息

为弥补传统程序切片方法在切片点变量选择上的局限性,提出了一种灵活的切片准则,并基于该切片准则给出了一种新的切片方法.该方法将程序划分成一种块状结构,把切片划分为块内切片和块外切片,利用块内切片算法和块内切片迭代分别求取块内切片和块外切片的结果.实验结果表明,该方法是可行的,弥补了现有程序切片方法的缺陷.

关键词：程序切片程序块控制流分析数据流分析

一种基于程序功能标签切片的制导符号执行分析方法

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软件学报 2019年第11期30卷 3259-3280页

作者：甘水滔王林章谢向辉秦晓军周林陈左宁 (数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214083 (计算机软件新技术国家重点实验室(南京大学) 江苏南京210023

提出了一种基于程序功能标签切片的制导符号执行分析方法OPT-SSE.该方法从程序功能文档提取功能标签,利用程序控制流分析,建立各功能标签和程序基本块的映射关系,并根据功能标签在程序执行中的顺序关系生成功能标签执行流.针对给定的代... 详细信息

提出了一种基于程序功能标签切片的制导符号执行分析方法OPT-SSE.该方法从程序功能文档提取功能标签,利用程序控制流分析,建立各功能标签和程序基本块的映射关系,并根据功能标签在程序执行中的顺序关系生成功能标签执行流.针对给定的代码目标点,提取与之相关的功能执行流切片,根据预定义好的功能标签流制导规则进行符号执行分析,在路径分析过程中,及时裁剪无关的功能分支路径以提升制导效率.通过对不同的功能标签流进行分离制导符号执行分析,可避免一直执行某复杂循环体的情形,从而提高对目标程序的整体分支覆盖率和指令覆盖率.实验结果表明,通过对binutils、gzip、coreutils等10个不同软件中的20个应用工具上的分析,OPT-SSE与KLEE提供的主流搜索策略相比,代码目标制导速度平均提升到4.238倍,代码目标制导成功率平均提升了31%,程序指令覆盖率平均提升了8.95%,程序分支覆盖率平均提升了8.28%.

关键词：制导符号执行分支覆盖率指令覆盖率搜索策略程序切片

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静态程序切片的GPU通用计算功耗预测模型

软件学报 2013年第8期24卷 1746-1760页

作者：王海峰陈庆奎上海理工大学管理学院上海200093 临沂大学信息学院山东临沂276000 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

随着图形处理器通用计算的发展,GPU(graphics processing unit)通用计算程序功耗的度量与优化成为绿色计算领域中的一个基础问题.当前,GPU计算能耗评测主要通过硬件来实现,而开发人员无法在编译之前了解应用程序能耗,难以实现能耗约束... 详细信息

随着图形处理器通用计算的发展,GPU(graphics processing unit)通用计算程序功耗的度量与优化成为绿色计算领域中的一个基础问题.当前,GPU计算能耗评测主要通过硬件来实现,而开发人员无法在编译之前了解应用程序能耗,难以实现能耗约束下的代码优化与重构.为了解决开发人员评估应用程序能耗的问题,提出了针对应用程序源代码的静态功耗预测模型,根据分支结构的疏密程度以及静态程序切片技术,分别建立分支稀疏和稠密两类应用程序的功耗预测模型.程序切片是介于指令与函数之间的度量粒度,在分析GPU应用程序时具有较强的理论支持和可行性.用非线性回归和小波神经网络建立两种切片功耗模型.针对特定GPU非线性回归模型的准确性较好.小波神经网络预测模型适合各种体系的GPU,具有较好的通用性.对应用程序分支结构进行分析后,为分支稀疏程序提供加权功率统计模型,以保证功耗评估算法的效率.分支稠密程序则采用基于执行路径概率的功耗预测法,以提高预测模型的准确性.实验结果表明,两种预测模型及算法能够有效评估GPU通用计算程序的功耗,模型预测值与实际测量值的相对误差低于6%.

关键词：功耗模型 GPU计算非线性回归程序切片小波神经网络

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含指针程序的单子切片方法

计算机学报 2010年第3期33卷 473-482页

作者：张迎周吴重强钱巨张卫丰徐宝文南京邮电大学计算机学院南京210003 南京大学计算机软件新技术国家重点实验室南京210093 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室北京100876 EMC中国研发中心上海200433 南京航空航天大学信息科学与技术学院南京210016 南京大学计算机科学与技术系南京210093

传统的含指针程序切片方法将指向分析与切片计算分开,增加了一定系统开销,为此文中提出一种可同时进行切片计算和指向分析的单子切片算法.该算法将程序正向切片思想与数据流迭代分析相结合,它是流敏感的,具有一定的精度,而且因指向分析... 详细信息

传统的含指针程序切片方法将指向分析与切片计算分开,增加了一定系统开销,为此文中提出一种可同时进行切片计算和指向分析的单子切片算法.该算法将程序正向切片思想与数据流迭代分析相结合,它是流敏感的,具有一定的精度,而且因指向分析和切片计算同时进行,故不需要像一般的流敏感分析方法那样记录每一个程序点的指向信息,而只需记录当前所分析的程序点处指向信息,从而节省了存储空间.此外,它还继承了原有单子切片方法所具有的强语言适应性和组合性.

关键词：程序切片单子切片数据流迭代指针指向分析

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基于程序切片的电路提取技术

国防科技大学学报 2003年第6期25卷 10-15页

作者：朱丹李暾万海郭阳李思昆国防科技大学计算机学院湖南长沙410073

从HDL设计描述中提取电路在VLSI设计验证、低功耗分析、测试生成等方面有广泛的应用需求。提出了一种采用程序切片技术实现的新的电路提取方法,并深入论述了基于程序切片技术从Verilog描述中进行电路提取的理论基础。该方法可以为每一... 详细信息

从HDL设计描述中提取电路在VLSI设计验证、低功耗分析、测试生成等方面有广泛的应用需求。提出了一种采用程序切片技术实现的新的电路提取方法,并深入论述了基于程序切片技术从Verilog描述中进行电路提取的理论基础。该方法可以为每一个感兴趣的信号获取其"链接切片"。与以前的方法相比,该方法的优点是细粒度的、不受书写格式的限制,并且能处理更多Verilog的语法元素。该方法已经被集成到现有设计流程中,实验结果表明其方便、高效,有良好的通用性。

关键词：程序切片链接切片进程依赖图电路提取

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一种基于模块单子语义的动态程序切片方法

计算机学报 2006年第4期29卷 526-534页

作者：张迎周徐宝文东南大学计算机科学与工程系

提出一种基于程序模块单子语义的新动态切片方法———模块单子动态切片.首先通过单子转换器,将切片这一类计算抽象成独立于具体语言的实体:切片单子转换器.然后,将该切片转换器作为模块加载到实际程序中,并给出相应的模块单子动态切片... 详细信息

提出一种基于程序模块单子语义的新动态切片方法———模块单子动态切片.首先通过单子转换器,将切片这一类计算抽象成独立于具体语言的实体:切片单子转换器.然后,将该切片转换器作为模块加载到实际程序中,并给出相应的模块单子动态切片算法.据此,可直接在抽象语法结构上计算动态切片,不必记录程序执行历史;相应单子切片器也无需显式地构造诸如依赖图的中间结构.这种模块化抽象机制使得文中的动态切片算法具有很强的可扩展性和重用性.

关键词：程序切片动态切片单子单子转换器模块单子语义

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基于偏序约简程序可达图的并发程序切片方法

计算机学报 2014年第3期37卷 568-579页

作者：戚晓芳徐晓晶江振亮汪鹏东南大学计算机科学与工程学院南京211189 东南大学计算机网络和信息集成教育部重点实验室南京211189 IBM中国系统与科技实验室上海201203

并发程序切片是一种重要的并发程序分析手段.基于程序可达图可构造以程序状态和语句二元组为节点的、依赖关系具有可传递性的并发程序依赖图,解决依赖关系的不可传递性问题,提高切片精度.程序可达图通过交织执行模拟并发活动,分析代价较... 详细信息

并发程序切片是一种重要的并发程序分析手段.基于程序可达图可构造以程序状态和语句二元组为节点的、依赖关系具有可传递性的并发程序依赖图,解决依赖关系的不可传递性问题,提高切片精度.程序可达图通过交织执行模拟并发活动,分析代价较高.偏序约简是一种十分有效的并发系统状态空间约简技术,约简的并发系统状态空间包含所有的并发程序执行代表.为提高效率,该文将偏序约简技术扩展到程序可达图的约简中,在偏序约简理论的基础上,证明了基于未约简和约简的并发程序可达图构造的并发程序依赖图在进行切片计算时是等价的.实验结果表明,采用偏序约简技术使基于程序可达图的并发程序切片方法在保证切片精度不受损失的前提下显著提高切片效率.与其它高精度切片方法相比,基于约简程序可达图的切片方法的精度更高,在大多数情况下,切片效率也有一定提高.

关键词：并发程序程序切片依赖性分析可达性分析偏序约简程序分析软件测试中图法