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软件学报 2021年第6期32卷 1867-1881页

作者：王颖王冰青关永李晓娟王瑞首都师范大学信息工程学院北京100048 轻型工业机器人与安全验证北京市重点实验室(首都师范大学) 北京100048 电子系统可靠性与数理交叉学科国家国际科技合作示范型基地(首都师范大学) 北京100048

机器人操作系统(robot operating system,简称ROS)是一种广泛应用于机器人开发的开源系统,它可以为开发者提供硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、消息传递和软件包管理等诸多功能,应用前景广阔.ROS集成了可以实现不同功能的功能包,... 详细信息

机器人操作系统(robot operating system,简称ROS)是一种广泛应用于机器人开发的开源系统,它可以为开发者提供硬件抽象、设备驱动、库函数、可视化、消息传递和软件包管理等诸多功能,应用前景广阔.ROS集成了可以实现不同功能的功能包,例如定位绘图、行动规划、感知、模拟等等,但其中可能存在一些漏洞,破坏整个机器人系统的安全性和可靠性.提出了一种差分模糊测试方法对ROS不同版本的功能包进行测试,找出其中的漏洞.该方法包括测试用例生成和差分模糊测试执行两个模块:首先,对于输入文件进行加载、处理,并基于策略生成的方法生成测试用例文件;其次,节点间使用话题通信机制实现通信,使用上一模块生成的测试用例文件作为统一的模糊输入,对ROS不同版本的功能包进行差分模糊测试;接着,对测试结果中的不一致输出进行差异计算并评估,符合评估指标的种子将被保留并反馈给用例生成模块循环生成测试用例,有效提高了种子质量及代码覆盖率;最后分析不一致输出原因,找出漏洞.将该方法应用在机器人坐标转换的实验中,实现对不同参考系下坐标转换的功能包TF和TF2的测试.最终的实验结果表明:与TF2相比,TF在功能实现上更加准确.TF2实现坐标旋转变换的函数存在漏洞.

关键词：差分模糊测试机器人操作系统功能包漏洞检测可靠性

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面向嵌入式JavaScript引擎的差分模糊测试方法研究

面向嵌入式JavaScript引擎的差分模糊测试方法研究

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作者：姚厚友西北大学

学位级别：硕士

JavaScript凭借其动态、交互、跨平台等特性,成为嵌入式物联网设备广泛使用的编程语言。为了在物联网设备上解释执行JavaScript程序,各类嵌入式JavaScript引擎被大量开发。然而,由于编程人员水平参差不齐,对JavaScript引擎设计规范理解... 详细信息

JavaScript凭借其动态、交互、跨平台等特性,成为嵌入式物联网设备广泛使用的编程语言。为了在物联网设备上解释执行JavaScript程序,各类嵌入式JavaScript引擎被大量开发。然而,由于编程人员水平参差不齐,对JavaScript引擎设计规范理解偏差,导致开发的JavaScript引擎存在安全缺陷、功能缺陷和性能缺陷等问题。安全缺陷会使嵌入式设备面临安全风险,功能缺陷会影响JavaScript程序的正确运行,嵌入式JavaScript引擎的性能缺陷不仅会白白消耗有限的计算资源,还会造成低功耗嵌入式设备的能量浪费。黑盒差分模糊测试是目前发现JavaScript引擎上述缺陷的主要途径,但现有的差分模糊测试方法存在两个方面的问题:一方面,差分模糊测试主要针对安全缺陷和功能缺陷进行检测,而忽略了性能缺陷检测;另一方面,差分模糊测试结果中复杂的测试用例和大量重复的测试结果增加了手动分析测试结果的成本。针对上述问题,本文研究内容如下:(1)本文提出了一种以性能缺陷检测为导向的差分模糊测试方法,该方法旨在发现更多的JavaScript引擎性能缺陷。为了实现该目标,本文对用例生成质量和检测方法设计进行改进。在保证测试用例生成质量方面,首先从开源代码库中提取语法正确且语义相对完整的JavaScript函数,然后调用提取的函数并传递参数得到测试用例,最后对测试用例进行抽象语法树级别的变异使其具备性能缺陷检测的能力。在缺陷检测方法设计方面,改进当前的差分模糊测试方法,使其能够捕获测试用例所触发的性能缺陷。(2)本文提出了基于抽象语法树的测试用例精简方法和基于多维特征的测试结果过滤方法,用于简化测试用例的复杂度,减少测试结果的重复率。测试用例精简使复杂的测试用例变得简单,便于快速理解缺陷。测试结果过滤会将重复的测试结果删除,避免分析重复的测试结果造成人力资源浪费。(3)设计并实现了JSDiff原型系统,并详细介绍了系统模块划分和关键算法设计,同时从多个角度对JSDiff系统进行实验评估,JSDiff系统总共发现71个缺陷,其中确认43个。实验结果表明,本文提出的方法不仅具备良好的性能缺陷、功能缺陷及安全缺陷的检测能力,而且也能有效地降低测试结果的人力分析成本。

关键词：嵌入式JavaScript引擎差分模糊测试性能缺陷缺陷检测

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基于标准文档分析的JavaScript引擎缺陷检测方法研究

基于标准文档分析的JavaScript引擎缺陷检测方法研究

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作者：田洋西北大学

学位级别：硕士

JavaScript是一种流行的、平台无关的编程语言,为了保证JavaScript程序在不同平台上的互操作性,JavaScript解释器(即引擎)的实现必须符合ECMAScript-262标准。然而,标准的频繁变动使得引擎开发者往往难以做出及时的更新,从而使JavaScrip... 详细信息

JavaScript是一种流行的、平台无关的编程语言,为了保证JavaScript程序在不同平台上的互操作性,JavaScript解释器(即引擎)的实现必须符合ECMAScript-262标准。然而,标准的频繁变动使得引擎开发者往往难以做出及时的更新,从而使JavaScript引擎出现不符合标准的行为,即一致性缺陷。一致性缺陷不但会导致正确的JavaScript脚本在运行后得出错误的结果,还有可能造成在某个平台下能正常运行的JavaScript程序迁移到其他平台后出现异常,严重危害JavaScript程序的稳定性和拓展性。为了有效地对JavaScript引擎的一致性缺陷进行检测,本文设计了一种基于标准文档分析和差分模糊测试的自动化缺陷检测方法,主要研究内容如下:(1)本文采用差分模糊测试的思想,通过构造大量测试用例输入到多个JavaScript引擎中执行,监测引擎的执行结果并对其进行差分分析,以得到触发引擎不一致行为的可疑用例,最后对可疑用例进行人工分析来确定是否触发了引擎缺陷。该方法自动化程度较高,仅需要少量的人工介入,应用此方法能够对JavaScript引擎进行持续地自动化缺陷检测。(2)利用ECMAScript-262标准对于一致性缺陷检测的指导作用,本文设计了一种基于标准文档分析的用例突变方法,该方法能够从标准文档中自动地解析出有效的语义信息,以提升测试用例突变的导向性,突变后的用例能够覆盖引擎的更多分支,从而触发更多的引擎一致性缺陷,提高检测效率。(3)本文设计并实现了一个一致性缺陷检测原型系统ESfunfuzz,并利用该系统对当前四个主流的JavaScript引擎进行了真实环境下的测试,成功检测出各类引擎的一致性缺陷共22个,其中19个已被引擎开发商确认。实验结果表明,基于标准文档的自动化测试方法有效、可靠。

关键词： JavaScript引擎一致性缺陷标准文档分析差分模糊测试

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基于语法规则设计的量子软件栈缺陷检测方法研究

基于语法规则设计的量子软件栈缺陷检测方法研究

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作者：瞿兴西北大学

学位级别：硕士

量子软件栈是指为了完成量子计算任务所需的一套软件子系统或组件,是量子计算机系统中的开发层软件套件,提供了研究量子算法、开发量子应用的工具链,主要包括量子编程语言、量子编译器、量子模拟器和测控软件。目前围绕量子软件栈的测... 详细信息

量子软件栈是指为了完成量子计算任务所需的一套软件子系统或组件,是量子计算机系统中的开发层软件套件,提供了研究量子算法、开发量子应用的工具链,主要包括量子编程语言、量子编译器、量子模拟器和测控软件。目前围绕量子软件栈的测试工作刚刚起步,缺少成熟方法开展量子软件缺陷的检测,为保障量子计算机和量子软件的可靠运行,本文提出了一种基于语法规则设计的差分模糊测试方法,实现对量子软件栈的自动化缺陷检测,其主要研究内容如下:（1）针对当前量子软件栈测试工作中用例数量有限、多样性不足,导致被测试软件覆盖率较低,潜在缺陷难以触发的问题,本文提出了一种基于量子程序语言语法规则设计的代码生成方法。该方法通过手工总结量子程序语言的语法规则,设计代码生成模板,并结合大量API调用语句和回归测试用例进行代码生成。基于此方法构建的代码生成器能够生成随机性高、覆盖范围广、语法正确、语义丰富的高质量量子测试用例,保障了量子软件栈测试工作的稳定进行。（2）针对当前量子软件栈测试工作中结果确认环节缺失判别筛查机制导致大量误报、漏报的问题,本文提出了一种基于差分模糊测试机制的缺陷检测方法。通过在量子软件栈中执行大量随机生成测试用例,同步监控量子软件栈的异常表现,并对异常执行结果利用差分方法自动筛选,有效减少了误报、漏报带来的人力开销。该方法筛查结果准确,有助于量子软件栈测试的自动化和规模化开展。（3）为了验证上述两种方法在实际检测中的效果,本文设计并实现了一个量子软件栈模糊测试系统QuantumFuzz,利用该系统对微软公司研发的QDK（Quantum Development Kit）进行缺陷检测,成功检测出QDK的17个软件缺陷,其中包括11个量子编译器功能实现缺陷,1个量子模拟器性能缺陷,和5个标准开发文档设计缺陷,以上所有缺陷均已被微软公司的开发人员确认,大部分缺陷已被修复。

关键词：量子计算软件测试差分模糊测试代码生成

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