一種故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)，所述方法包括：S1.利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出疑似故障點，對所述疑似故障點進(jìn)行篩選后標(biāo)注在被測程序的控制流圖中；S2.在所述疑似故障點添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造故障路徑，并將新生成的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中，并作標(biāo)記；S3.通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個節(jié)點的權(quán)重；S4.遍歷控制流圖，根據(jù)每個故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對選擇的路徑的每個節(jié)點提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行的取值，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。該方法在執(zhí)行過程中利用選路策略和動態(tài)符號執(zhí)行技術(shù)相結(jié)合，指導(dǎo)程序高效的覆蓋故障條件節(jié)點，從而提高確認(rèn)故障效率。
【專利說明】一種故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軟件測試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于靜態(tài)分析技術(shù)、虛擬機技術(shù)和 動態(tài)符號執(zhí)行技術(shù)的故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 計算機、網(wǎng)絡(luò)通信及軟件等信息技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，推動了現(xiàn)代社會向 信息社會的邁進(jìn)，而操作系統(tǒng)和軟件中存在的大量故障和隱患也使得當(dāng)前信息安全形勢日 益嚴(yán)峻，惡意的攻擊者可以利用這些安全漏洞提升權(quán)限，訪問未授權(quán)資源，甚至破壞敏感數(shù) 據(jù)。軟件安全漏洞已經(jīng)成為諸多系統(tǒng)安全問題的根源之一，因此如何發(fā)現(xiàn)軟件中的安全漏 洞至關(guān)重要。
[0003] 程序靜態(tài)分析（Program Static Analysis)是指在不運行代碼的方式下，通過詞 法分析、語法分析、控制流分析等技術(shù)對程序代碼進(jìn)行掃描，驗證代碼是否滿足規(guī)范性、安 全性、可靠性、可維護性等指標(biāo)的一種代碼分析技術(shù)。程序靜態(tài)分析是與程序動態(tài)分析相 對應(yīng)的代碼分析技術(shù)，它通過對代碼的自動掃描發(fā)現(xiàn)隱含的程序問題，主要具有以下特點： (1)不實際執(zhí)行程序。動態(tài)分析是通過在真實或模擬環(huán)境中執(zhí)行程序進(jìn)行分析的方法，多用 于性能測試、功能測試、內(nèi)存泄漏測試等方面。與之相反，靜態(tài)分析不運行代碼只是通過對 代碼的靜態(tài)掃描對程序進(jìn)行分析。（2)執(zhí)行速度快、效率高。目前成熟的代碼靜態(tài)分析工具 每秒可掃描上萬行代碼，相對于動態(tài)分析，具有檢測速度快、效率高的特點。（3)誤報率較 高。代碼靜態(tài)分析是通過對程序掃描找到匹配某種規(guī)則模式的代碼從而發(fā)現(xiàn)代碼中存在的 問題，例如可以定位StrcpyO這樣可能存在故障的函數(shù)，這樣有時會造成將一些正確代碼 定位為缺陷的問題，因此靜態(tài)分析有時存在誤報率較高的缺陷。
[0004] 動態(tài)程序分析是指通過運行程序來分析它的行為，從而總結(jié)屬性或發(fā)現(xiàn)存在的 錯誤。動態(tài)程序分析通常依靠探索程序運行的所有路徑。一個簡單的做法是隨機產(chǎn)生輸入 數(shù)據(jù)并觀察程序?qū)@些輸入返回的結(jié)果。若程序?qū)μ囟ǖ妮斎氡憩F(xiàn)出與需求相悖的行為， 可認(rèn)為該輸入暴露了程序的錯誤。若程序?qū)Υ罅侩S機輸入產(chǎn)生的結(jié)果滿足一定的性質(zhì)，如 輸出值總在有效范圍內(nèi)，則認(rèn)為程序?qū)λ休斎攵季邆浯藢傩?。此種方法在檢測過程中無 方向性，對輸入沒有限制，從而會造成測試無限制的進(jìn)行或需要很長的執(zhí)行時間，其檢測效 率比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種動靜結(jié)合的故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)，能夠在動態(tài)執(zhí)行之前首先確 定故障位置排除無關(guān)路徑，添加故障條件節(jié)點語句，然后在執(zhí)行過程中利用選路策略和動 態(tài)符號執(zhí)行技術(shù)相結(jié)合，指導(dǎo)程序高效的覆蓋故障條件節(jié)點，從而提高確認(rèn)故障效率。
[0006] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供了一種故障確認(rèn)方法，所述方法包括：
[0007] S1、利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出疑似故障點，對所述疑似故障點 進(jìn)行篩選后標(biāo)注在被測程序的控制流圖中；
[0008] S2、在所述疑似故障點添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造故障路徑，并將新 生成的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中；
[0009] S3、通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個節(jié)點的權(quán)重； [0010] S4、遍歷控制流圖，根據(jù)每個疑似故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對選 擇的故障路徑的每個節(jié)點通過提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。
[0011] 其中，所述步驟Sl具體包括：
[0012] S11、將所述被測程序的源代碼轉(zhuǎn)化成中間代碼，通過所述故障模式靜態(tài)地分析中 間代碼，收集疑似故障點，然后利用代碼動態(tài)插樁技術(shù)，對所述疑似故障點的關(guān)鍵代碼進(jìn)行 插樁；
[0013] S12、利用靜態(tài)分析技術(shù)構(gòu)建控制流圖，通過排除不可達(dá)路徑和不可達(dá)節(jié)點，得出 疑似故障點的可達(dá)路徑集合。
[0014] 其中，所述步驟S2具體包括：
[0015] S21、在所述疑似故障點的語句之前添加約束判斷語句，以在所述控制流圖上添加 一個節(jié)點；
[0016] S22、將所添加的節(jié)點的約束條件作為故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)建所述故 障節(jié)點的故障路徑，并在所述控制流圖上標(biāo)記。
[0017] 其中，所述疑似故障點在節(jié)點的權(quán)重為從程序入口到該疑似故障點的經(jīng)過該節(jié)點 的最短路徑的數(shù)量。
[0018] 其中，所述步驟S4具體包括：
[0019] S41、以預(yù)設(shè)值作為輸入，從程序入口執(zhí)行所述被測程序；
[0020] S42,當(dāng)執(zhí)行到節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點的每個疑似故障點的權(quán)重，選擇權(quán)重最高的 疑似故障點的路徑進(jìn)行遍歷，并從選擇的當(dāng)前路徑的分支語句的中搜集所有符號約束，并 繼續(xù)向滿足約束的分支執(zhí)行；
[0021] S43,當(dāng)選擇的分支路徑不可達(dá)時，利用符號執(zhí)行技術(shù)對約束進(jìn)行修改，構(gòu)造出一 條新的可行的路徑約束，并求解出一個可行的新的具體輸入，繼續(xù)執(zhí)行程序；
[0022] S44,當(dāng)所選擇的疑似故障點的所有路徑都不可達(dá)時，則判定該疑似故障點處沒有 故障，執(zhí)行步驟S46,否則執(zhí)行下一步；
[0023] S45,當(dāng)覆蓋到選擇的疑似故障點后，判斷是否還有未覆蓋的疑似故障點，是，則執(zhí) 行下一步，否則結(jié)束；
[0024] S46,排除覆蓋的疑似故障點，并去掉與剩下的疑似故障點無關(guān)的節(jié)點，返回到步 驟 S41。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種故障確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： [0026] 故障定位模塊，用于利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出故障位置，并標(biāo) 注在被測程序的控制流圖中；
[0027] 故障路徑生成模塊，用于在所述故障位置添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造 故障路徑，并將新生成的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中；
[0028] 權(quán)重計算模塊，用于通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個 節(jié)點的權(quán)重；
[0029] 路徑執(zhí)行模塊，用于根據(jù)每個疑似故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對 選擇的故障路徑的每個節(jié)點通過提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。
[0030] 本發(fā)明的故障確認(rèn)方法及其系統(tǒng)，基于虛擬機技術(shù)和動態(tài)符號執(zhí)行技術(shù)相結(jié)合， 通過對程序源代碼進(jìn)行靜態(tài)分析，同時將源代碼編譯成二進(jìn)制代碼通過虛擬機技術(shù)進(jìn)行動 態(tài)執(zhí)行和分析方式，該方法可以直接給出觸發(fā)故障的測試用例，從而解決靜態(tài)測試海量誤 報的問題。首先利用靜態(tài)分析鎖定故障位置并添加觸發(fā)故障的路徑條件，同時利用動態(tài)插 樁技術(shù)監(jiān)控程序的執(zhí)行過程，并在故障點處添加故障發(fā)生條件路徑分支。然后針對故障位 置排除不可達(dá)路徑，通過選路策略擇優(yōu)選擇代價較小的路徑去覆蓋故障路徑或故障點，利 用動態(tài)符號執(zhí)行技術(shù)對待測路徑的每個分支節(jié)點提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行的取值。最終達(dá) 到以較小的代價確認(rèn)故障的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點，附圖是示意性的而不應(yīng)理 解為對本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：
[0032] 圖1示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的流程圖。
[0033] 圖2示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第一實施例的控制流圖。
[0034] 圖3示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第二實施例的故障點控制流圖。
[0035] 圖4示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第二實施例的故障確認(rèn)模式的示意圖。
[0036] 圖5示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第三實施例的故障點集合的結(jié)構(gòu)圖。
[0037] 圖6示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第三實施例的排除故障不可達(dá)路徑和節(jié)點 的結(jié)構(gòu)圖。
[0038] 圖7示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)方法的第三實施例的一個故障的確認(rèn)方法的執(zhí)行 過程圖。
[0039] 圖8示出了本發(fā)明的故障確認(rèn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0040] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0041] 根據(jù)上述目的，本發(fā)明提供了本發(fā)明提供了一種故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述 方法包括：
[0042] S1、利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出疑似故障點，對所述疑似故障點 進(jìn)行篩選后標(biāo)注在被測程序的控制流圖中；
[0043] 步驟Sl具體包括：
[0044] S11、將所述被測程序的源代碼轉(zhuǎn)化成中間代碼，通過所述故障模式靜態(tài)地分析中 間代碼，收集疑似故障點，然后利用代碼動態(tài)插樁技術(shù)，對所述疑似故障點的關(guān)鍵代碼進(jìn)行 插樁；
[0045] S12、利用靜態(tài)分析技術(shù)構(gòu)建控制流圖，通過排除不可達(dá)路徑和不可達(dá)節(jié)點，得出 疑似故障點的可達(dá)路徑集合。
[0046] S2、在所述疑似故障點添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造故障路徑，并將新 生成的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中；
[0047] 步驟S2具體包括：
[0048] S21、在所述疑似故障點的語句之前添加約束判斷語句，以在所述控制流圖上添加 一個節(jié)點；
[0049] S22、將所添加的節(jié)點的約束條件作為故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)建所述故 障節(jié)點的故障路徑，并在所述控制流圖上標(biāo)記。
[0050] S3、通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個節(jié)點的權(quán)重；
[0051] 其中，所述疑似故障點在節(jié)點的權(quán)重為從程序入口到該疑似故障點的經(jīng)過該節(jié)點 的最短路徑的數(shù)量。
[0052] S4、遍歷控制流圖，根據(jù)每個疑似故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對選 擇的故障路徑的每個節(jié)點通過提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。
[0053] 步驟S4具體包括：
[0054] S41、以預(yù)設(shè)值作為輸入，從程序入口執(zhí)行所述被測程序；
[0055] S42,當(dāng)執(zhí)行到節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點的每個疑似故障點的權(quán)重，選擇權(quán)重最高的 疑似故障點的路徑進(jìn)行遍歷，并從選擇的當(dāng)前路徑的分支語句的中搜集所有符號約束，并 繼續(xù)向滿足約束的分支執(zhí)行；
[0056] S43,當(dāng)選擇的分支路徑不可達(dá)時，利用符號執(zhí)行技術(shù)對約束進(jìn)行修改，構(gòu)造出一 條新的可行的路徑約束，并求解出一個可行的新的具體輸入，繼續(xù)執(zhí)行程序；
[0057] S44,當(dāng)所選擇的疑似故障點的所有路徑都不可達(dá)時，則判定該疑似故障點處沒有 故障，執(zhí)行步驟S46,否則執(zhí)行下一步；
[0058] S45,當(dāng)覆蓋到選擇的疑似故障點后，判斷是否還有未覆蓋的疑似故障點，是，則執(zhí) 行下一步，否則結(jié)束；
[0059] S46,排除覆蓋的疑似故障點，并去掉與剩下的疑似故障點無關(guān)的節(jié)點，返回到步 驟 S41。
[0060] 以下通過具體實施例詳細(xì)說明上述方法。
[0061] 實施例一
[0062] 本實施例中，在檢測故障點時，在疑似故障的語句之前加一個約束判斷語句，也就 相當(dāng)于在控制流圖上加了一個節(jié)點，讓到達(dá)該節(jié)點約束條件為故障發(fā)生的條件。那么故障 確認(rèn)就轉(zhuǎn)化為判斷這個節(jié)點是否存在可達(dá)路徑的問題，只要證明了這個節(jié)點可達(dá)就確認(rèn)了 該故障問題。
[0063] 控制流圖CFG是一有向圖G = (N, E, nentry, nexit).其中，N是節(jié)點集，程序中的 每個語句都對應(yīng)圖中的一個節(jié)點；邊集E = {〈nl，n2>|nl，n2 e N且nl執(zhí)行后，可能立即執(zhí) 行 n2}。
[0064] 本實施例中以除零故障為例，初始程序如下：
[0065]

【權(quán)利要求】
1. 一種故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出疑似故障點，對所述疑似故障點進(jìn)行 篩選后標(biāo)注在被測程序的控制流圖中； 52、 在所述疑似故障點添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造故障路徑，并將新生成 的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中； 53、 通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個節(jié)點的權(quán)重； 54、 遍歷控制流圖，根據(jù)每個疑似故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對選擇的 故障路徑的每個節(jié)點通過提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括： 511、 將所述被測程序的源代碼轉(zhuǎn)化成中間代碼，通過所述故障模式靜態(tài)地分析中間 代碼，收集疑似故障點，然后利用代碼動態(tài)插樁技術(shù)，對所述疑似故障點的關(guān)鍵代碼進(jìn)行插 樁； 512、 利用靜態(tài)分析技術(shù)構(gòu)建控制流圖，通過排除不可達(dá)路徑和不可達(dá)節(jié)點，得出疑似 故障點的可達(dá)路徑集合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括： 521、 在所述疑似故障點的語句之前添加約束判斷語句，以在所述控制流圖上添加一個 節(jié)點； 522、 將所添加的節(jié)點的約束條件作為故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)建所述故障節(jié) 點的故障路徑，并在所述控制流圖上標(biāo)記。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述疑似故障點在節(jié)點的權(quán)重 為從程序入口到該疑似故障點的經(jīng)過該節(jié)點的最短路徑的數(shù)量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障確認(rèn)方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括： 541, 以預(yù)設(shè)值作為輸入，從程序入口執(zhí)行所述被測程序； 542, 當(dāng)執(zhí)行到節(jié)點時，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點的每個疑似故障點的權(quán)重，選擇權(quán)重最高的疑似 故障點的路徑進(jìn)行遍歷，并從選擇的當(dāng)前路徑的分支語句的中搜集所有符號約束，并繼續(xù) 向滿足約束的分支執(zhí)行； 543, 當(dāng)選擇的分支路徑不可達(dá)時，利用符號執(zhí)行技術(shù)對約束進(jìn)行修改，構(gòu)造出一條新 的可行的路徑約束，并求解出一個可行的新的具體輸入，繼續(xù)執(zhí)行程序； 544, 當(dāng)所選擇的疑似故障點的所有路徑都不可達(dá)時，則判定該疑似故障點處沒有故 障，執(zhí)行步驟S46,否則執(zhí)行下一步； 545, 當(dāng)覆蓋到選擇的疑似故障點后，判斷是否還有未覆蓋的疑似故障點，是，則執(zhí)行下 一步，否則結(jié)束； 546, 排除覆蓋的疑似故障點，并去掉與剩下的疑似故障點無關(guān)的節(jié)點，返回到步驟 S41。
6. -種故障確認(rèn)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 故障定位模塊，用于利用預(yù)設(shè)故障模式，在靜態(tài)分析過程中匹配出故障位置，并標(biāo)注在 被測程序的控制流圖中； 故障路徑生成模塊，用于在所述故障位置添加故障觸發(fā)條件，形成故障節(jié)點，構(gòu)造故障 路徑，并將新生成的故障節(jié)點添加到所述控制流圖中； 權(quán)重計算模塊，用于通過預(yù)設(shè)的路徑選擇策略，計算每個疑似故障點分別在每個節(jié)點 的權(quán)重； 路徑執(zhí)行模塊，用于根據(jù)每個疑似故障點在當(dāng)前節(jié)點的權(quán)重選擇故障路徑，并對選擇 的故障路徑的每個節(jié)點通過提取約束來指導(dǎo)動態(tài)執(zhí)行，對每個疑似故障點進(jìn)行確認(rèn)。
【文檔編號】G06F11/36GK104360938SQ201410564479
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】金大海, 甄濤, 宮云戰(zhàn), 王雅文, 黃俊飛 申請人:北京郵電大學(xué)