stringtranslate.com

Статический анализ программы

В информатике статический анализ программ (или статический анализ ) — это анализ компьютерных программ, выполняемый без их выполнения, в отличие от динамического анализа программ , который выполняется над программами во время их выполнения. [1] [2]

Этот термин обычно применяется к анализу, выполняемому автоматизированным инструментом, а человеческий анализ обычно называют «пониманием программы», пониманием программы или проверкой кода . В последнем из них также используются проверка программного обеспечения и пошаговые руководства по программному обеспечению . В большинстве случаев анализ выполняется на некоторой версии исходного кода программы , а в других случаях — на некоторой форме ее объектного кода .

Обоснование

Сложность анализа, выполняемого инструментами, варьируется от тех, которые рассматривают только поведение отдельных операторов и объявлений [3] , до тех, которые включают в свой анализ полный исходный код программы. Использование информации, полученной в результате анализа, варьируется от выявления возможных ошибок кодирования (например, инструмент lint ) до формальных методов , которые математически доказывают свойства данной программы (например, ее поведение соответствует поведению ее спецификации).

Метрики программного обеспечения и реверс-инжиниринг можно описать как формы статического анализа. Получение показателей программного обеспечения и статический анализ все чаще используются вместе, особенно при создании встроенных систем, путем определения так называемых целей качества программного обеспечения . [4]

Растущее коммерческое использование статического анализа связано с проверкой свойств программного обеспечения, используемого в компьютерных системах , критически важных для безопасности, и обнаружением потенциально уязвимого кода. [5] Например, следующие отрасли определили использование статического анализа кода как средство улучшения качества все более сложного и сложного программного обеспечения:

  1. Медицинское программное обеспечение . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) определило использование статического анализа для медицинских устройств. [6]
  2. Ядерное программное обеспечение: В Великобритании Управление по ядерному регулированию (ONR) рекомендует использовать статический анализ систем защиты реакторов . [7]
  3. Авиационное программное обеспечение (в сочетании с динамическим анализом ). [8]
  4. Автомобили и машины (функциональная безопасность является неотъемлемой частью каждого этапа разработки автомобильной продукции, ISO 26262 , раздел 8).

Исследование, проведенное в 2012 году компанией VDC Research, показало, что 28,7% опрошенных инженеров встраиваемого программного обеспечения используют инструменты статического анализа, а 39,7% планируют использовать их в течение двух лет. [9] Исследование 2010 года показало, что 60% опрошенных разработчиков европейских исследовательских проектов хотя бы использовали базовые встроенные в IDE статические анализаторы. Однако лишь около 10% использовали дополнительный (и, возможно, более продвинутый) инструмент анализа. [10]

В индустрии безопасности приложений также используется название « статическое тестирование безопасности приложений» (SAST). SAST является важной частью жизненных циклов разработки безопасности (SDL), таких как SDL, определенный Microsoft [11] и общепринятая практика в компаниях-разработчиках программного обеспечения. [12]

Типы инструментов

OMG ( Object Management Group ) опубликовала исследование, касающееся типов анализа программного обеспечения, необходимых для измерения и оценки качества программного обеспечения . В этом документе «Как обеспечить отказоустойчивые, безопасные, эффективные и легко изменяемые ИТ-системы в соответствии с рекомендациями CISQ» описаны три уровня анализа программного обеспечения. [13]

Уровень единицы
Анализ, который происходит внутри конкретной программы или подпрограммы, без подключения к контексту этой программы.
Технологический уровень
Анализ, который учитывает взаимодействие между модульными программами, чтобы получить более целостное и семантическое представление об общей программе, чтобы найти проблемы и избежать очевидных ложных срабатываний.
Системный уровень
Анализ, который учитывает взаимодействие между модульными программами, но не ограничиваясь одной конкретной технологией или языком программирования.

Можно определить дальнейший уровень анализа программного обеспечения.

Миссия/Бизнес-уровень
Анализ, который учитывает условия, правила и процессы уровня бизнеса/миссии, которые реализованы в программной системе для ее работы в рамках деятельности уровня предприятия или программы/миссии. Эти элементы реализуются без ограничения одной конкретной технологией или языком программирования и во многих случаях распространяются на несколько языков, но статически извлекаются и анализируются для понимания системы для обеспечения выполнения миссии.

Формальные методы

Формальные методы — это термин, применяемый к анализу программного обеспечения (и компьютерного оборудования ), результаты которого получены исключительно за счет использования строгих математических методов. Используемые математические методы включают денотационную семантику , аксиоматическую семантику , операционную семантику и абстрактную интерпретацию .

Путем прямого сведения к проблеме остановки можно доказать, что (для любого полного по Тьюрингу языка) обнаружение всех возможных ошибок времени выполнения в произвольной программе (или, в более общем плане, любого вида нарушения спецификации конечного результата программа) неразрешима : не существует механического метода, который всегда мог бы правдиво ответить, может ли произвольная программа выявлять или не выявлять ошибки во время выполнения. Этот результат восходит к работам Чёрча , Гёделя и Тьюринга в 1930-х годах (см.: Проблема остановки и теорема Райса ). Как и во многих неразрешимых вопросах, все же можно попытаться дать полезные приблизительные решения.

Некоторые из методов реализации формального статического анализа включают: [14]

Статический анализ на основе данных

Статический анализ на основе данных использует большие объемы кода для определения правил кодирования. [16] [ нужен лучший источник ] Например, можно использовать все пакеты Java с открытым исходным кодом на GitHub, чтобы изучить хорошую стратегию анализа. Для вывода правил можно использовать методы машинного обучения. [17] Также можно извлечь уроки из большого количества прошлых исправлений и предупреждений. [16] [ нужен лучший источник ]

Исправление

Статические анализаторы выдают предупреждения. Для определенных типов предупреждений можно разработать и внедрить методы автоматического исправления . Например, Логоззо и Болл предложили автоматизированные исправления для C# cccheck . [18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Вичманн, бакалавр; Каннинг, А.А.; Клаттербак, ДЛ; Уинсбарроу, Луизиана; Уорд, Нью-Джерси; Марш, DWR (март 1995 г.). «Промышленный взгляд на статический анализ» (PDF) . Журнал программной инженерии . 10 (2): 69–75. дои : 10.1049/sej.1995.0010. Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2011 г.
  2. ^ Эгеле, Мануэль; Шольте, Теодор; Кирда, Энгин; Крюгель, Кристофер (5 марта 2008 г.). «Обзор автоматизированных методов и инструментов динамического анализа вредоносных программ». Обзоры вычислительной техники ACM . 44 (2): 6:1–6:42. дои : 10.1145/2089125.2089126. ISSN  0360-0300. S2CID  1863333.
  3. ^ Хативада, Сакет; Тушев, Мирослав; Махмуд, Анас (01 января 2018 г.). «Ровно достаточно семантики: теоретико-информационный подход для локализации ошибок программного обеспечения на основе IR». Информационные и программные технологии . 93 : 45–57. doi :10.1016/j.infsof.2017.08.012.
  4. ^ «Цели качества программного обеспечения для исходного кода». Архивировано 4 июня 2015 г. в Wayback Machine (PDF). Материалы: Конференция Embedded Real Time Software and Systems 2010 , ERTS2010.org, Тулуза, Франция: Патрик Бриан, Мартен Броше, Тьерри Камбуа, Эммануэль Кутенсо, Оливье Гетта, Даниэль Менберт, Фредерик Мондо, Патрик Мунье, Лоик Нури, Филипп Спозио, Фредерик Розничная торговля.
  5. ^ Повышение безопасности программного обеспечения с помощью точного статического анализа и анализа времени выполнения. Архивировано 5 июня 2011 г. в Wayback Machine (PDF), Бенджамин Лившиц, раздел 7.3 «Статические методы обеспечения безопасности». Докторская диссертация в Стэнфорде, 2006 г.
  6. ^ FDA (08 сентября 2010 г.). «Исследование безопасности программного обеспечения инфузионных насосов в FDA». Управление по контролю за продуктами и лекарствами. Архивировано из оригинала 1 сентября 2010 г. Проверено 9 сентября 2010 г.
  7. ^ Компьютерные системы безопасности - техническое руководство по оценке аспектов программного обеспечения цифровых компьютерных систем защиты, «Компьютерные системы безопасности» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 января 2013 года . Проверено 15 мая 2013 г.
  8. ^ Документ с изложением позиции CAST-9. Соображения по оценке подходов к обеспечению безопасности программного обеспечения. Архивировано 6 октября 2013 г. на Wayback Machine // FAA, Группа программного обеспечения органов сертификации (CAST), январь 2002 г.: «Верификация. Сочетание статического и динамического анализа должно быть указано заявителем/разработчиком и применено к программному обеспечению».
  9. ^ Исследование VDC (01 февраля 2012 г.). «Автоматическое предотвращение дефектов для обеспечения качества встроенного программного обеспечения». Исследования ВДЦ. Архивировано из оригинала 11 апреля 2012 г. Проверено 10 апреля 2012 г.
  10. ^ Прауз, Кристиан Р., Рене Райнерс и Сильвия Денчева. «Эмпирическое исследование инструментальной поддержки в сильно распределенных исследовательских проектах». Глобальная разработка программного обеспечения (ICGSE), 2010 г. 5-я Международная конференция IEEE. IEEE, 2010 г. http://ieeexplore.ieee.org/ielx5/5581168/5581493/05581551.pdf
  11. ^ М. Ховард и С. Липнер. Жизненный цикл разработки безопасности: SDL: процесс разработки явно более безопасного программного обеспечения. Microsoft Press, 2006. ISBN 978-0735622142. 
  12. ^ Ахим Д. Брукер и Уве Содан. Развертывание статического тестирования безопасности приложений в больших масштабах. Архивировано 21 октября 2014 г. на Wayback Machine . В GI Sicherheit 2014. Конспект лекций по информатике, 228, стр. 91-101, GI, 2014.
  13. ^ «Информационный документ OMG | CISQ - Консорциум по качеству информации и программного обеспечения» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 28 декабря 2013 г. Проверено 18 октября 2013 г.
  14. ^ Виджай Д'Сильва; и другие. (2008). «Обзор автоматизированных методов формальной проверки программного обеспечения» (PDF) . Транзакции в CAD. Архивировано (PDF) из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 11 мая 2015 г.
  15. ^ Джонс, Пол (9 февраля 2010 г.). «Подход к анализу программного обеспечения медицинского оборудования, основанный на формальных методах». Проектирование встроенных систем. Архивировано из оригинала 10 июля 2011 года . Проверено 9 сентября 2010 г.
  16. ^ ab «Учимся на чужих ошибках: анализ кода на основе данных». www.slideshare.net . 13 апреля 2015 г.
  17. ^ О, Хакджу; Ян, Хонсок; Йи, Квангын (2015). «Изучение стратегии адаптации программного анализа посредством байесовской оптимизации». Материалы Международной конференции ACM SIGPLAN по объектно-ориентированному программированию, системам, языкам и приложениям 2015 г. - OOPSLA 2015. стр. 572–588. дои : 10.1145/2814270.2814309. ISBN 9781450336895. S2CID  13940725.
  18. ^ Логоццо, Франческо; Болл, Томас (15 ноября 2012 г.). «Модульная и проверенная автоматическая программа восстановления». Уведомления ACM SIGPLAN . 47 (10): 133–146. дои : 10.1145/2398857.2384626. ISSN  0362-1340.

дальнейшее чтение