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面向类型推导的Python类型标注分析

面向类型推导的Python类型标注分析

作者：马洪跃南京大学

学位级别：硕士

作为动态语言的代表之一,Python因其代码简洁、开发迅速、拥有丰富的第三方库,在工业界大受欢迎。然而,由于缺少静态类型信息,许多软件工程活动(如程序理解、软件调试、静态缺陷检测等)无法有效地在Python程序中开展。为此,Python社区... 详细信息

作为动态语言的代表之一,Python因其代码简洁、开发迅速、拥有丰富的第三方库,在工业界大受欢迎。然而,由于缺少静态类型信息,许多软件工程活动(如程序理解、软件调试、静态缺陷检测等)无法有效地在Python程序中开展。为此,Python社区提出了静态类型标注提案,即允许开发者以标注形式表明程序实体的类型。类型标注不强制规定Python程序实体的类型,不作为代码的一部分被解释执行。类型标注可以被类型推导等其他分析方法和工具解析利用,进而提高分析精度。然而,类型标注能够在多大程度上帮助类型推导,以及在有限时间和资源条件下开发者该如何进行类型标注,尚未有相关工作展开研究。本文研究面向类型推导的Python类型标注,从类型标注的有效性分析和类型标注点推荐两个方面展开。主要工作包括:·对现有类型推导引擎进行了扩展,设计实现了一个支持类型标注的类型推导工具。该工具既支持开源标注集TypeShed作为外部标注的直接集成,也支持项目本身的内部标注。在集成了类型标注后,该工具可以有效地改善原有的类型推导结果。并借助一个开源类型标注集TypeShed,对外部类型标注在改善类型推导结果方面的有效性进行了实验分析。在11个开源Python项目中的实验结果表明:外部类型标注有效地改善了类型推导的效果,且类型标注对局部变量的类型推导结果的增益最为显著。·提出了一种面向类型推导的类型标注点推荐方法TARank,对可标注的Python程序变量进行性价比排序,即希望能够通过标注更少的类型信息来达到更好的类型推导效果。实验结果表明:TARank能够适用于实际大型Python项目,推荐结果可以有效地改善类型推导效果,在某些场景下,标注排序越靠前的变量对类型推导的增益越高。本文工作的结果可以为后续类型标注和类型推导的研究工作提供启发,也能够直接为程序员在有限资源条件下进行类型标注提供实际指导。

关键词： Python 类型标注类型推导数据流分析实证研究

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面向Twig查询的XML类型推导

面向Twig查询的XML类型推导

作者：罗卿北京工业大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的高速发展，XML已成为互联网中数据交换和表示的事实标准，XML相关技术也在各种XML信息平台上扮演着重要的角色。国际互联网组织W3C提出的XQuery语言是当今最主流的XML数据查询语言。XQuery查询引擎广泛应用于XML数据处... 详细信息

随着互联网技术的高速发展，XML已成为互联网中数据交换和表示的事实标准，XML相关技术也在各种XML信息平台上扮演着重要的角色。国际互联网组织W3C提出的XQuery语言是当今最主流的XML数据查询语言。XQuery查询引擎广泛应用于XML数据处理的各种场景。其中Twig查询(小枝模式查询)是XML数据查询的核心操作，利用先进的模式匹配算法完成高效的处理。另一方面，以XMLSchema和DTD为代表的XML类型系统也广泛应用于XML类型检查，查询优化，视图更新等众多领域。在复杂的XML数据处理中，Twig查询的结果往往需要进一步处理。例如，在XQuery程序的FLWOR表达式中，Twig查询的结果可以从for/let子句获得，这些结果又都会参与到由return子句描述的后续计算中。Twig查询结果的类型信息有助于对后续基于Twig查询结果的XML处理进行深入的静态类型分析，也会带来更多的类型相关的查询优化的机会。这些类型信息要同时满足Twig模式的结构约束条件和类型系统的定义。本文分析了Twig查询的类型推导问题，提出一种精确的XML类型推导方法，能够根据Twig查询输入数据的数据类型和Twig模式的结构约束，推导出查询结果的精确类型，从而为作用于Twig查询结果的XML数据处理提供更加精确的XML类型信息。这种方法包括了XML模式图到XML类型树的转换、XML类型树上的Twig模式匹配、可共存类型节点判断和匹配结果的子类型化。该方法以不同的子类型化的XML类型树的形式为不同种类的Twig查询结果提供了精确的类型信息。实验证明了该方法的有效性。

关键词： XML 类型推导 Twig查询 XML Schema

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一种基于数据流分析的数据类型推导方法

信息工程大学学报 2010年第4期11卷 493-497页

作者：周丽娜尹青蒋烈辉殷文建刘铁铭信息工程大学信息工程学院河南郑州450002

类型分析是反编译整个流程中的重要模块,其分析效果会对反编译所输出的高级语言的可读性与准确性产生极大的影响。文章所讨论的是一种基于数据流分析的类型分析方法,通过将多种数据类型构造为类型格的层次结构,构建包含类型信息的数据... 详细信息

类型分析是反编译整个流程中的重要模块,其分析效果会对反编译所输出的高级语言的可读性与准确性产生极大的影响。文章所讨论的是一种基于数据流分析的类型分析方法,通过将多种数据类型构造为类型格的层次结构,构建包含类型信息的数据流方程,在推算数据流方程的过程中对指令中的操作数类型进行推导。

关键词：类型分析反编译类型约束格类型推导

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Python静态类型分析及其应用

Python静态类型分析及其应用

作者：董天聪南京大学

学位级别：硕士

Python作为一种面向对象的动态类型语言,因其语法简单、有一组功能完备的标准库,且能轻松完成很多常见任务,而被越来越广泛地使用。但是,由于采用动态类型系统,Python虚拟机在程序运行时才会进行类型检查,在编译时不会检查对象是否拥有... 详细信息

Python作为一种面向对象的动态类型语言,因其语法简单、有一组功能完备的标准库,且能轻松完成很多常见任务,而被越来越广泛地使用。但是,由于采用动态类型系统,Python虚拟机在程序运行时才会进行类型检查,在编译时不会检查对象是否拥有被调用的方法或属性,这就导致Python无法在编译时进行类型错误检查,也无法提供显式的类型信息以及当前变量拥有的属性和方法。为了解决上述问题,本文提出并实现了针对Python程序的静态类型分析方法,并将其应用于程序的编译时类型错误检查。该方法是一套完整的解决方案,包括定义完备的类型标注系统,将类型信息进行抽象和封装,并将类型组织起来;对源程序进行预处理,转换为中间形式;对预处理后的程序进行类型注释,并对内置模块、类、方法等进行模拟和注释;采用基于约束图的类型推导算法,将程序规约到标注系统中,从而得到程序中每个变量的类型信息。使用这些类型信息,可以对程序进行类型错误检查,并集成于IDE中辅助程序开发,本文通过案例说明了如何进行类型错误检查。本文选取了标准库和Github上的开源程序作为实验对象,统计了本文方法的时间开销,以及变量类型集合的分布、注释率、召回率和准确率等信息,验证了本文方法的有效性。本文主要包括以下工作:第一,通过对源程序进行预处理构建底层框架。将Python中复杂的语法元素转换为简单形式,同时将复杂的语句转换为一组等价的简单语句,将程序中变量、控制结构等程序信息保存在特定数据结构中,并为上层的分析工作提供接口。第二,构建了完备的类型标注系统,类型标注系统抽象并封装了类型信息、类型间的关系以及类型支持的操作,通过类型注释与类型推导将Python源程序规约到此类型标注系统中。第三,通过类型注释和类型推导,获取类型信息,并对内置模块、类、函数等进行模拟和注释。在类、函数等定义时进行类型注释,同时Python解释器中集成了大量使用C语言实现的内置模块、类、函数等,在Python程序中可以引用这些内置模块和函数,但无法分析其类型信息,所以本文使用Python模拟了这些内置模块的实现,并对其进行类型注释。采用基于约束图的类型推导算法,迭代扫描程序的每条语句,构造变量间的类型约束图,在变量类型集合变化时通过约束图传播,推导出变量的类型集合。第四,进行编译时的静态类型错误检查;同时提供给开发人员程序中每个变量的属性、方法,辅助开发。本文采用基于约束的类型错误检查算法,通过定义约束、使用自动化算法生成约束、应用错误检查算法,检测表达式匹配错误、函数调用错误、可用属性错误等类型错误。

关键词：类型分析类型注释类型推导 Python

SCVerify:抗功耗侧信道攻击软件实现的验证

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计算机科学与探索 2021年第6期15卷 1074-1083页

作者：张俊中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210 中国科学院大学北京100049

功耗侧信道攻击,通过使用统计分析技术推断出加密算法中的密钥,已成为物理网络设备的一个巨大威胁。随机掩码是一种被广泛使用的用来消除密钥数据和侧信道泄露数据之间关联性的对策。尽管现有技术可以验证加密软件代码是否被随机掩码保... 详细信息

功耗侧信道攻击,通过使用统计分析技术推断出加密算法中的密钥,已成为物理网络设备的一个巨大威胁。随机掩码是一种被广泛使用的用来消除密钥数据和侧信道泄露数据之间关联性的对策。尽管现有技术可以验证加密软件代码是否被随机掩码保护,但是它们在准确性和可扩展性方面受到限制。为消除此类限制,提出了一种基于原有技术改进过的验证随机掩码策略的方法,该方法比已有的基于句法类型的推断技术更准确,比使用SAT(SMT)模型计数的方法更具有可扩展性。实际上,该方法使用一系列语义类型推导规则去推导分布类型,这些规则最初保持抽象以允许快速推导,然后具体化那些抽象规则推导解决不了的验证问题。此类细化方法集成在验证工具SCVerify中,并使用包含AES和MAC-Keccak等加密算法的测试用例进行了验证,实验结果表明此方法在准确性和可扩展性方面明显优于当前的技术。

关键词：侧信道攻击可满足性模理论(SMT) 软件验证类型推导形式化验证

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基于缓存策略的Java卡字节码校验

计算机应用 2007年第11期27卷 2851-2853页

作者：马鑫龙吴俊军王同洋华中科技大学机械科学与工程学院武汉430074

作为一种不可靠的可下载Java程序,Java卡的字节码校验是安全的嵌入式系统所不可缺少的一个部分。由于Java卡本身的空间和运算器的限制,传统的字节码校验并不可取。采用非易失性存储器作为主存,RAM中的一部分空间作为缓存器,并且给出一... 详细信息

作为一种不可靠的可下载Java程序,Java卡的字节码校验是安全的嵌入式系统所不可缺少的一个部分。由于Java卡本身的空间和运算器的限制,传统的字节码校验并不可取。采用非易失性存储器作为主存,RAM中的一部分空间作为缓存器,并且给出一种相应的Cache调度策略算法,尝试实现一种在卡上的Java卡的字节码校验算法,并且证明了该算法具有较好的可移植性和实现性。

关键词：智能卡 Java卡类型推导安全嵌入式系统 Cache策略

一种使用CFT的Java卡内字节码校验算法

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小型微型计算机系统 2008年第12期29卷 2360-2364页

作者：吴俊军马鑫龙华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

Java卡字节码校验是构成Java卡安全体系结构的重要组成部分.而传统的Java卡字节码校验由于Java智能卡资源的限制,无法在卡内进行.本文通过对控制流程图和类型推导的分析,提出了基于控制流程树的Java卡卡外翻译过程和卡内校验器算法,详... 详细信息

Java卡字节码校验是构成Java卡安全体系结构的重要组成部分.而传统的Java卡字节码校验由于Java智能卡资源的限制,无法在卡内进行.本文通过对控制流程图和类型推导的分析,提出了基于控制流程树的Java卡卡外翻译过程和卡内校验器算法,详细描述了CFT迁移机理并对于基于CFT的Java卡内字节码校验算法和可行性进行了分析与实践.

关键词： Java卡字节码校验类型推导控制流程树

Python内存泄漏缺陷静态检测方法研究与实现

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Python内存泄漏缺陷静态检测方法研究与实现

作者：孙璇北京邮电大学

学位级别：硕士

随着人工智能和机器学习的迅速发展,Python的使用范围逐渐扩大,渐渐超过了 Java和C/C++等静态编程语言,成为使用最广泛的语言。虽然Python拥有内存管理机制,但同样存在内存泄漏问题。内存泄漏不易被察觉,随着程序的运行,程序性能不断降... 详细信息

随着人工智能和机器学习的迅速发展,Python的使用范围逐渐扩大,渐渐超过了 Java和C/C++等静态编程语言,成为使用最广泛的语言。虽然Python拥有内存管理机制,但同样存在内存泄漏问题。内存泄漏不易被察觉,随着程序的运行,程序性能不断降低,严重时将破坏整个系统,所以对Python程序进行内存泄漏检测十分重要。目前针对Java和C/C++等静态编程语言的内存泄漏静态检测方法的研究已经比较成熟,但是由于在Python等动态编程语言中,对象类型在程序执行过程中动态可变,难以进行静态分析,现阶段内存泄漏研究的重点大多是缺陷发生之后的判断和恢复,关于静态检测的研究尚在起步阶段。针对上述问题,本文提出了 Python内存泄漏缺陷静态检测方法,具体的研究内容如下:(1)研究Python内存泄漏缺陷模式通过研究Python内存管理机制和动态语言特性,分析大量Python程序内存泄漏源代码,总结了 Python内存泄漏缺陷模式的代码特征,并利用状态转移图抽象描述内存泄漏缺陷模式。(2)提出内存泄露缺陷模式匹配算法,设计检测精度提高方法针对Python内存泄漏特点,提出内存泄露缺陷模式匹配算法,并在分析函数节点过程中,利用类型推导技术提取对象的定义和使用信息,将类型推导与按需可变对象流敏感别名分析方法和动态语言数据依赖分析方法相结合,构建对象信息五元组,提高分析的准确性。(3)设计内存泄漏缺陷检测系统基于Python内存泄漏缺陷模式,设计了内存泄漏缺陷检测系统,核心模块包括预处理模块、精度提高模块以及内存泄漏缺陷检测模块,该系统可以实现Python程序的内存泄漏检测。本文基于提出的Python内存泄露缺陷检测方法实现了检测系统,并在8个开源项目中进行实验验证。实验结果表明,在未添加精度提高模块时,缺陷报告的准确率为76.85%,检测系统可以一定程度上发现代码中的内存泄漏缺陷;对比实验的结果证明,本文方法利用动态语言数据依赖分析和按需可变对象流敏感别名分析,将准确率提高至87.27%,显示了本文方法的优越性。

关键词： Python内存泄漏静态检测别名分析类型推导

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面向故障的C++程序全局静态分析框架

面向故障的C++程序全局静态分析框架