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基于全局函数调用关系的Android系统漏洞关联技术研究与实现

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基于全局函数调用关系的Android系统漏洞关联技术研究与实现

作者：王晓婷北京邮电大学

学位级别：硕士

随着移动互联网的发展,移动智能终端越来越普及,其功能也越来越强大,目前Android系统是移动智能终端上最受欢迎的移动操作系统之一,数据显示,2019年Android手机占国内智能手机出货量的85.1%。同时由于其开放性和可扩展性,Android系统也... 详细信息

随着移动互联网的发展,移动智能终端越来越普及,其功能也越来越强大,目前Android系统是移动智能终端上最受欢迎的移动操作系统之一,数据显示,2019年Android手机占国内智能手机出货量的85.1%。同时由于其开放性和可扩展性,Android系统也出现在智能电视、汽车导航系统、家庭自动化系统中,其应用十分广泛、多样,但是这些年来Android操作系统漏洞频发,系统自身的安全脆弱性将直接导致应用系统的移动智能终端面临被恶意入侵、控制的风险,因此针对Android系统漏洞进行研究十分必要。目前Android系统漏洞的研究大多集中在应用级漏洞,针对系统级漏洞的研究较少,并且针对Android系统级漏洞的研究要么特别专注于某一种漏洞,不具有普适性,同时需要较深的专业知识,效率较低,难度较大;要么止步于Android系统的Java框架层,忽略了其C/C++层,仅对Java框架层进行漏洞分析将导致分析结果十分不完整、不全面。为了弥补以往研究的不足,本文以Android系统源码的静态分析为出发点,研究Android系统全局函数调用关系的构建方法,研究与函数调用关系关联的系统漏洞分析方法,本文的主要研究成果包括:（1）提出了一种Android系统全局函数调用关系分析方法,具体包括Java层、C/C++层、JNI层以及Binder IPC层的函数调用关系分析,该分析方法根据不同层次的特点设计了不同的函数调用关系构建方式,并且尽可能全面地覆盖了 Android系统的各个层次,分析结果较完整。（2）基于以上分析方法,设计并实现了基于Android系统全局函数调用关系的漏洞分析系统,该系统使得漏洞分析过程更加简便、效率更高,并最终以两个实际的漏洞分析案例验证了该漏洞分析系统的可行性及有效性。

关键词： Android 静态分析函数调用关系系统漏洞

面向C/C++程序函数调用关系的静态分析方法研究

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面向C/C++程序函数调用关系的静态分析方法研究

作者：黄双玲中国科学技术大学

学位级别：硕士

函数调用关系反映了软件系统中函数间的依赖关系,在程序的理解与分析、软件的测试与维护、编译优化、过程间数据流分析等众多软件工程领域中都有着广泛的应用。完整的函数调用关系可以更好地辅助程序验证和死锁分析,提升验证和分析结果... 详细信息

函数调用关系反映了软件系统中函数间的依赖关系,在程序的理解与分析、软件的测试与维护、编译优化、过程间数据流分析等众多软件工程领域中都有着广泛的应用。完整的函数调用关系可以更好地辅助程序验证和死锁分析,提升验证和分析结果的完备性。现有的静态分析方法多数在程序编译过程中获得函数调用关系,但得到的结果只能对程序实际执行时的函数调用作出近似表达,无法得到程序中需要在运行时动态确定的函数调用,影响了其分析结果的准确性,例如通过函数指针实现的函数调用,以及面向对象语言中的虚函数调用等。针对上述问题,本文提出了一种基于控制流图(Control Flow Graph, CFG)的函数调用关系静态分析方法CR-CFG(Call Relations-CFG)。与已有静态分析方法相比,CR-CFG能够较为准确地分析函数指针和虚函数调用。本文的主要工作如下：(1)代码信息的静态提取。利用本文实现的GCC插件静态获取源文件中的类型定义和函数CFG等信息,并将获得的信息以格式化形式存入文件中。依据可执行文件名和make命令生成的信息,静态获取可执行文件依赖的所有源文件和目标文件的名称和路径,分析源文件和目标文件对应的类型和函数信息文件以及虚函数表文件,建立完整的类型和函数信息模型,并构建函数分析路径。(2)程序的模拟仿真。本文提出一种基于流敏感和上下文敏感的仿真算法,该算法依据已建立的信息模型,模拟程序执行过程,静态分析程序中每条分析路径上的语句。在分析过程中针对C／C++程序中的特殊语法作出相应处理,如与函数指针相关变量的赋值、函数指针和虚函数调用的解析,以及模拟异常处理等。(3)绘制函数调用图。基于仿真算法的分析结果,生成完整的函数调用关系,并利用Graphviz工具绘制函数调用图。(4)通过具体程序实例验证CR-CFG的正确性和完备性,并与现有的静态分析工具进行对比。同时为了验证程序的性能,对一些C／C++开源代码进行了相关测试。实验结果表明,本文提出的静态分析方法CR-CFG可以较为准确地分析函数指针和虚函数的调用,提升了分析结果的准确性,在开源代码分析中表现出了良好的性能,具有广泛的应用前景。

关键词：函数调用关系静态分析控制流图函数指针虚函数异常处理

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软件系统函数调用关系的复杂性研究

软件系统函数调用关系的复杂性研究

作者：王中义石家庄铁道大学

学位级别：硕士

近年来,国内外众多专家学者普遍认为复杂网络已成为研究复杂系统最为重要、最富挑战性的课题之一。随着小世界网络模型和无标度网络模型的提出,复杂网络领域再次掀起了新一轮的研究热潮。研究表明,诸如互联网、新陈代谢网、科学家合作... 详细信息

近年来,国内外众多专家学者普遍认为复杂网络已成为研究复杂系统最为重要、最富挑战性的课题之一。随着小世界网络模型和无标度网络模型的提出,复杂网络领域再次掀起了新一轮的研究热潮。研究表明,诸如互联网、新陈代谢网、科学家合作网和人际关系网等各种真实复杂网络均具有小世界效应和无标度网络特征。软件源程序中的函数调用关系图是一个复杂网络。有证据显示软件系统中在源程序的类层次或函数层次上表现出幂律分布。本论文采用复杂网络的方法来研究软件源程序中函数调用关系。论文对两个大型开源的太空仿真软件Celestia和Stellarium的源程序中函数调用关系图进行了实例验证,发现其表现出小世界及无标度特性,这与其它已经验证过的社会关系网、生物网和技术网非常相似。论文首先分析了复杂网络的主要特征,重点描述了复杂网络的四个经典模型：随机图模型、小世界网络模型、无标度网络模型以及加权网络模型。通过对两款开源软件的源程序中函数调用关系的分析,提出函数调用关系图生成算法,编写Perl程序并结合Gephi软件实现函数调用关系图的生成,对函数调用关系图进行实证研究。然后论文中对函数调用图的平均路径长度、度分布及聚类系数等相关指标进行计算和分析,最终得出结论：软件源程序中函数调用关系图符合幂律分布,该图属于无标度网络,并具有小世界效应。

关键词：函数调用关系调用图复杂网络小世界无标度幂律 Perl

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面向函数调用关系的软件度量及可视化

面向函数调用关系的软件度量及可视化

作者：刘文静北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息技术的迅速发展,软件的迭代式升级开发使软件的规模和复杂性不断增加,模块化的设计思想导致了软件系统中的函数调用越来越多,软件的质量和可靠性变得难以把控。软件度量采用定量化的分析方法来控制软件开发过程的质量,提升软件... 详细信息

随着信息技术的迅速发展,软件的迭代式升级开发使软件的规模和复杂性不断增加,模块化的设计思想导致了软件系统中的函数调用越来越多,软件的质量和可靠性变得难以把控。软件度量采用定量化的分析方法来控制软件开发过程的质量,提升软件可靠性。现有的软件度量方法主要有面向结构的软件度量和面向对象的软件度量两种,大多是基于软件设计方式和项目驱动管理的,无法针对大型项目中复杂的函数调用进行有效的分析和度量,同时也缺乏可视化等高效的度量手段,不能满足大型软件系统的软件度量需求。本文基于现有软件度量技术,提出了一套面向函数调用的软件度量机制,并提供了可视化的度量展示与分析平台。主要包括以下工作:1.提出了函数调用关系集构建机制。以抽象语法树、模块划分等技术为基础,可以构造软件系统的完整函数调用关系。2.在第一个工作的基础上提出了函数闭包的概念用于描述函数可达性,并提出了相应的闭包发现机制。通过找到从某个函数入口的一个函数调用子图,从而发现不可达函数集,为不可达代码的度量提供了前提。3.提出了面向函数调用关系的软件度量体系,定义了文本度量指标和可视化度量指标,包括:函数属性、递归调用存在性、扇入/扇出、调用层数、函数可达性及函数覆盖率等,以及相应的评估标准,进而可以围绕这些度量指标构建相应的软件度量机制。4.最后设计了层次化函数调用关系可视化度量平台。在提出的度量机制基础上设计了一种层次化布局算法,利用可视化技术分析和度量软件的函数调用关系,这一可视化度量方法对软件领域中的很多场景都具有意义。上述方法在CTS代码测试系统中得到了应用,在实际工程中得到了验证。结果表明,本文所提度量机制可以通过可视化的方式高效度量大型软件系统中的函数调用关系。

关键词：函数调用关系软件度量软件可视化可视化布局

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基于K-最短路径的大规模函数调用关系分析

计算机应用与软件 2017年第12期34卷 26-31页

作者：张晶晶石剑君高玉金计卫星北京理工大学计算机学院北京100081

函数调用关系反映了软件系统中函数之间的依赖关系,在软件分析、软件测试与软件维护等众多软件工程领域都有着广泛的应用。但在大型复杂软件中搜索两个函数之间的调用关系时,由于函数数量众多、函数之间调用关系复杂,使得搜索所需时间... 详细信息

函数调用关系反映了软件系统中函数之间的依赖关系,在软件分析、软件测试与软件维护等众多软件工程领域都有着广泛的应用。但在大型复杂软件中搜索两个函数之间的调用关系时,由于函数数量众多、函数之间调用关系复杂,使得搜索所需时间较长。为了获得任意两个函数之间的调用路径,提出使用K-最短路径算法,并对K-最短路径算法进行并行化优化,减少搜索时间,为用户分析函数调用关系提供方便。通过对Linux内核3.19(包含40多万个函数结点和110多万调用关系)进行分析,实验结果表明通过并行化优化,并行加速比一般可达5~6倍。

关键词：函数调用关系 K-最短路径路径搜索 Linux内核

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基于CFG的函数调用关系静态分析方法

计算机系统应用 2015年第11期24卷 167-172页

作者：黄双玲黄章进顾乃杰中国科学技术大学计算机科学与技术学院合肥230027 中国科学技术大学安徽省计算与通信软件重点实验室合肥230027 中国科学技术大学先进技术研究院合肥230027

函数调用关系能够反映软件系统中函数间的依赖关系,完整的函数调用关系可以更好地辅助程序验证和死锁分析,提升验证和分析的完备性.现有静态分析函数调用关系的方法不能准确分析函数指针和虚函数的调用,影响了其分析结果的准确性.针对... 详细信息

函数调用关系能够反映软件系统中函数间的依赖关系,完整的函数调用关系可以更好地辅助程序验证和死锁分析,提升验证和分析的完备性.现有静态分析函数调用关系的方法不能准确分析函数指针和虚函数的调用,影响了其分析结果的准确性.针对这一问题本文提出了一种基于控制流图(Control Flow Graph,CFG)的函数调用关系静态分析方法,该方法首先使用GCC插件静态获取源代码中的类型和函数CFG等信息并构建分析路径,然后采用本文提出的模拟仿真算法分析程序中的语句,并解析函数指针和虚函数的调用,最后基于分析结果生成完整的函数调用关系.实验结果表明,该方法能够很好地支持对函数指针和虚函数的处理,提升了分析结果的准确性.

关键词：函数调用关系静态分析控制流图函数指针虚函数

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虚拟化平台构建操作系统函数调用关系方法

吉林大学学报（信息科学版） 2019年第1期37卷 40-46页

作者：刘望桐罗森林闫广禄潘丽敏 QAMAS GUL KHAN SAFI 北京理工大学信息系统及安全对抗实验中心北京100081

针对现有操作系统函数调用关系构建方法存在依赖系统源代码、兼容性差的问题,提出了一种基于硬件虚拟化中断陷入机制的操作系统内核函数调用关系构建方法。该方法在操作系统内核函数的特定位置动态插入会引起虚拟化中断陷入的特殊指令... 详细信息

针对现有操作系统函数调用关系构建方法存在依赖系统源代码、兼容性差的问题,提出了一种基于硬件虚拟化中断陷入机制的操作系统内核函数调用关系构建方法。该方法在操作系统内核函数的特定位置动态插入会引起虚拟化中断陷入的特殊指令覆盖内核特定位置的指令,实现在函数调用、被调用时触发虚拟化中断陷入,并在陷入后的虚拟机监控器中获取当前内核函数的调用信息,从而动态构建操作系统的内核调用关系。实验结果表明,本方法能在不依赖内核源码、编译器的情况下构建多种开源/闭源、32位/64位操作系统的内核函数调用关系,构建准确率为100%,查全率大于85%。该方法可用于操作系统内核安全分析及白名单构建等工作,具有一定的实用价值。

关键词：函数调用关系操作系统内核硬件虚拟化

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中断优先级改变对函数静态调用关系影响研究

计算机应用研究 2015年第7期32卷 2039-2041,2045页

作者：杨志嘉牟永敏李良杰北京信息科技大学计算机开放系统实验室北京100101

针对中断优先级的改变会对系统的运行产生非预期的执行逻辑,研究了由此所产生的函数之间调用关系的不确定性,提出一种结合中断优先级改变的嵌入式系统静态测试方法。以中断优先级状态机描述中断优先级改变行为,在不包含中断处理函数的... 详细信息

针对中断优先级的改变会对系统的运行产生非预期的执行逻辑,研究了由此所产生的函数之间调用关系的不确定性,提出一种结合中断优先级改变的嵌入式系统静态测试方法。以中断优先级状态机描述中断优先级改变行为,在不包含中断处理函数的函数静态调用路径基础上,应用迭代方程得到中断优先级序列,将此序列叠加到函数静态调用路径中。实验表明,结合中断优先级的函数静态测试方法,保证了嵌入式系统测试的完整性,提高了测试覆盖率。

关键词：中断优先级函数调用关系嵌入式系统测试状态机

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基于数据库的在线函数调用图工具

小型微型计算机系统 2016年第3期37卷 422-427页

作者：贾荻向勇孙卫真曹睿东首都师范大学信息工程学院计算机科学与技术系北京100048 清华大学计算机科学与技术系网络所北京100084

针对基于文件的内核函数调用图工具存在的文件系统可扩展性和适用性等方面的不足,设计并实现了基于数据库的DBCG-RTL工具(Data Based Call Graph Tool Based on RTL,DBCG-RTL),该工具可用于分析大型软件模块间的函数调用关系.DBCG-RTL... 详细信息

针对基于文件的内核函数调用图工具存在的文件系统可扩展性和适用性等方面的不足,设计并实现了基于数据库的DBCG-RTL工具(Data Based Call Graph Tool Based on RTL,DBCG-RTL),该工具可用于分析大型软件模块间的函数调用关系.DBCG-RTL通过查找编译过程中生成的符号表而获得函数入口地址、返回行号等相关函数信息,绘制相应的关系图并标识出调用次数等信息,建立了相关的虚目录;将需要分析的对象通过分析工具跟踪到的数据转换成标准化格式并存入数据库.论文结果表明,该方法扩展了动态函数调用关系分析的功能,增加了虚目录函数调用关系分析等新方法;改善了工具执行效率,提高了工具的分析精度.

关键词：操作系统内核函数调用图函数调用关系数据库源代码分析