详解静态分析技术符号执行

详解静态分析技术符号执行的完整攻略

什么是静态分析？

静态分析是指在程序运行之前，对程序源代码进行分析的一种方法。静态分析可以帮助开发人员发现程序中存在的潜在问题，在程序运行之前就可以及时发现错误，减少漏洞的产生。

什么是符号执行？

符号执行是一种自动化的测试方法，用于探索程序内部的所有路径。符号执行会将程序变量的值转换成符号（例如变量 x 可能被转换成符号 x），然后尝试在所有路径中寻找输入值，以实现对程序的测试。符号执行可以帮助开发人员找到程序中的逻辑漏洞和安全问题。

符号执行的优点和缺点

符号执行相比传统的黑盒测试有以下优点：

• 符号执行可以自动探索所有路径，从而可以找到所有的漏洞
• 符号执行可以在程序运行之前发现问题，从而可以防止漏洞产生
• 符号执行可以快速的找到问题的根本原因，从而更容易修复漏洞

但是符号执行也有以下缺点：

• 符号执行可能会导致路径爆炸问题，即如果程序的规模太大，符号执行会导致搜索空间过大，从而无法完成分析
• 符号执行不支持动态分配内存，因为它不可能预测内存分配的位置

如何使用符号执行？

使用符号执行可以遵循以下步骤：

1. 安装符号执行引擎

目前比较流行的符号执行引擎有 KLEE、SAGE、Mayhem 等。

1. 生成符号输入

通过使用符号输入，我们可以通过符号执行探索程序的所有路径。我们可以使用现成的工具，如 Microsoft 的 Pex 自动化测试工具，来生成符号输入。

1. 运行符号执行

运行符号执行引擎以开始分析程序。符号执行会自动探索程序的所有路径，以找到所有可能的问题。

1. 解析测试结果

解析符号执行测试的结果，并对发现的问题进行修复。

示例一

以下是一个 C++ 程序的示例代码：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
  int x, y;
  cin >> x >> y;
  if (x > 0) {
    if (y > 0)
      cout << "Quadrant 1" << endl;
    else
      cout << "Quadrant 4" << endl;
  } else {
    if (y > 0)
      cout << "Quadrant 2" << endl;
    else
      cout << "Quadrant 3" << endl;
  }
  return 0;
}

我们可以使用符号输入生成工具来生成符号输入，并使用符号执行引擎来探索程序的所有路径。通过探索所有路径，我们可以发现这个程序中的 4 个可能的分支。

示例二

以下是一个 Python 程序的示例代码：

def binary_search(data, target):
  low = 0
  high = len(data) - 1
  while low <= high:
    mid = (low + high) // 2
    if data[mid] == target:
      return mid
    elif data[mid] < target:
      low = mid + 1
    else:
      high = mid - 1
  return -1

我们可以使用符号输入生成工具来生成符号输入，并使用符号执行引擎来探索程序的所有路径。通过探索所有路径，我们可以发现这个程序中的 4 种可能的情况：（1）target 不在数组 data 中；（2）target 在数组 data 的左侧；（3）target 在数组 data 的右侧；（4）target 在数组 data 的中间。