Android_S2E：全系统符号执行平台解析

"Android的全系统符号执行平台Android_S2E.pdf" 本文主要介绍了一个名为Android_S2E的全系统符号执行平台，它基于QEMU（一个流行的系统模拟器）和KLEE（一个知名的符号执行工具），用于分析Android系统的安全性与漏洞。 ### SAT和SMT SAT（Boolean Satisfiability Problem）是布尔可满足性问题，涉及布尔变量及其逻辑运算符的组合。一个表达式是可满足的，意味着存在一种布尔变量赋值方式，使得表达式的值为真。SAT是一个著名的NP完全问题，对计算机科学中的很多复杂问题有重要的理论和实际意义。SMT（Satisfiability Modulo Theories）进一步扩展了SAT，处理一阶逻辑表达式，包括变量、函数和约束。常见的SMT求解器有Barcelogic、CVC、MathSAT、Yices、Z3和STP。 ### 符号执行起源 符号执行的概念最早由King在1976年的CACM文章中提出。核心思想是利用未知的符号变量在程序执行中替代具体值，通过跟踪符号状态来执行程序。当执行路径依赖于未知变量时，符号执行会分叉，理论上形成所有可能的执行路径。 ### 示例 例如，CUTE、Klee、DART、SAGE、Pex和Yogi等是符号执行工具，它们帮助分析程序行为。其中，S2E是一个全系统的符号执行平台，它构建在QEMU之上，利用Klee的能力，能够分析整个Android系统的运行情况。 ### 程序行为分析方法 1. **静态分析**：适用于大规模软件，如Coverity和Fortify这样的商业工具，提供高效且无须运行程序的分析。 2. **程序切片**：一种静态分析技术，关注程序中与特定计算相关的部分。 3. **模型检测**（Model Checking）：检查系统是否满足特定的规范，常用于硬件和协议验证。 4. **模糊测试（Fuzzing）**：通过生成随机输入来发现程序错误，尤其擅长发现安全漏洞，有白盒Fuzz和灰盒Fuzz等形式。 5. **符号执行**：执行驱动的精确路径探索，适用于逻辑不复杂的场景。 ### 结合方法 不同分析方法可以相互结合以提升效率和覆盖率： 1. **模糊测试与静态分析**：模糊测试生成的输入可作为静态分析的起点。 2. **模糊测试与符号执行**：模糊测试发现的潜在路径可以引导符号执行进行深入分析。 3. **静态分析与符号执行**：静态分析减少分析范围，符号执行针对特定路径进行详细检查。 4. **具体执行与模糊测试**：具体执行结合模糊测试的输入，用于更广泛的测试覆盖。 5. **具体执行与符号执行**：在具体执行过程中，遇到不确定或复杂情况时，可以切换到符号执行模式。 Android_S2E通过全系统符号执行，能够探索Android系统的深层行为，找出潜在的安全漏洞和异常行为，这对于保障Android生态系统的安全性至关重要。这种技术的使用，不仅可以辅助开发人员检测代码中的错误，也能帮助安全研究人员发现并修复系统级别的安全问题。