Применение FOSS-инструментов для анализа исходных текстов программ

Использование внутреннего представления исходного текста открывает путь для систематического изучения и преобразования исходного кода программ. Рассмотрены FOSS-утилиты, использующие внутреннее представление исходного кода.

С целью актуализации выполняемых разработок были предприняты усилия для обзора открытых инструментов, пригодных в качестве базы сравнения с разрабатываемыми прототипами.

Были рассмотрены существующие открытые инструменты для анализа, использующие построение синтаксического дерева разбора (AST):

    PyCharm – IDE с открытой версией (подписная free licence) [1].
    Vulture – анализатор кода в программах Python [2], использует модуль ast стандартной библиотеки и создает абстрактные синтаксические деревья для всех файлов исходного кода в проекте.
    ObjectWeb ASM (частью входит в Java Development Kit 6) [3] – API для представления кода JAVA в виде дерева.
    Joern – анализатор исходного кода [4], способный построить:
       - абстрактное синтаксическое дерево,
       - граф управления,
       - граф вызовов,
       - граф структуры каталога исходного кода,
       - граф программных зависимостей для исходного текста на языке С++.

Инструмент Joern работает в связке с системой управления графовой NoSQL базой данных Neo4j [5] – графовая система управления базами данных c открытым исходным кодом, реализованная на Java. Считается самой распространенной графовой СУБД, формат данных собственный, специализированный.

Joern имеет собственный язык запросов Cypher, но запросы можно делать и другими способами, например, напрямую через Java API и на языке Gremlin, созданном в проекте с открытым исходным кодом TinkerPop.

С целью ознакомления с возможностями базовых инструментов был выполнен проект по применению Joern как наиболее функционального для решения типовых анализа потока управления.

Для обработки информации, полученной с помощью инструмента Joern, применялась написанная программа постобработки на Python.

В функционал постобработки входят:

построение трассы исполнения программы по исходному тексту;

получение списка всех информационных объектов программы по исходному тексту;

  • проверка наличия заданных конструкций в исходном тексте программы;
  • формирование полного перечня маршрутов исполнения функциональных объектов по исходному тексту программы;
  • контроль связей функциональных объектов в исходном тексте программы по информации;
  • контроль связей функциональных объектов в исходном тексте программы по управлению.

Параметры запуска и результаты тестирования программы постобработки доступны всем желающим в открытом источнике [6].

Под функциональными объектами понимаются:

   - объекты классов,
   - локальные и глобальные переменные проекта, непосредственно участвующие в алгоритме.

Под маршрутом исполнения функционального объекта понимается его «линия жизни» от момента создания до указанного места в исходном коде.

Результатом исполнения скрипта постобработки будет перечень всех маршрутов исполнения, в которых, так или иначе, встречается использование указанного функционального объекта, либо сообщение о том, что такие маршруты отсутствуют.

Программа постобработки может контролировать связи функциональных объектов проекта по управлению и по информации.

Для этих задач необходимо выбрать два функциональных объекта:

    - исследуемый,
    - второстепенный.

Под связью функциональных объектов по управлению понимается любое воздействие исследуемого объекта на второстепенный, в том числе:

    - модификация (чтение, запись) данных второстепенного объекта,
    - вызов методов второстепенного объекта,
    - любое другое воздействие на данные второстепенного объекта.

Под связью функциональных объектов по информации подразумевается любое взаимодействие второстепенного объекта на данные исследуемого объекта.

Поиск и анализ такого рода связей между объектами является неотъемлемой частью анализа текста любого программного продукта. Он дает возможность убедиться в отсутствии недокументированных возможностей программы, отсутствии избыточности исходного кода.

Приведем пример использования пакета из Joern и инструмента постобработки. Анализируемый текст (Python):

ifstream file("graphFile");

unsigned int n = 0;
unsigned int oriented;
file >> n >> oriented;

G.resize(n);

while (!file.eof()) {
int a, b;
file >> a;
file >> b;

G[a].push_back(b);
if(oriented == 0) {
G[b].push_back(a);
}
}

file.close();

Исследование прототипа сравнения показало ограничение его функциональности по глубине построения синтаксического дерева разбора, а также недостаточный уровень документирования инструмента Joern.

Источник: http://samag.ru/archive/article/3827