基於靜態分析的c語言安全規則檢查方法
2023-06-25 22:59:46
專利名稱：基於靜態分析的c語言安全規則檢查方法
技術領域：
本發明涉及一種基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，屬於靜態代碼分析 技術領域。
背景技術：
C語言在提供給程式設計師簡潔和靈活的同時，也帶給我們諸多的容易造成漏洞的 副作用。通過靜態代碼分析，我們可以在不執行代碼的前提下檢測到多種容易導致程序 漏洞的代碼。這樣的靜態分析工具上世紀八十年代就已經產生。目前，像PC-Lint， Coverity Prevent, LDRATestbed等商業工具廣泛地應用於軟體開發過程中，還有像Splint
這樣的開源工具也在不斷的演變和完善中。靜態代碼分析工具極大的提高了軟體工程中 代碼檢查的效率，降低了人工代碼複查的工作量。當前市場上的這些分析工具，其中有 的工具功能非常強大，能夠對程序進行全局分析和對運行時的程序狀態進行預判。例 如，對空指針引用的預判，堆棧溢出的檢查，運算操作中損失精度的檢查，等等。然 而，C語言中可能導致漏洞的隱患是多方面的，在一些關鍵的應用領域中，比如國防和 航天，即便是潛在的漏洞也是不能容忍的。為了防患於未然，對C語言的語法和語義做 出嚴格的規範是有必要的。
發明內容
為了解決這些問題，本發明提供了一種全新的方法，可以加強對C代碼安全性 的驗證。這個驗證是在編譯的早期階段完成的，所以並不涉及到目標代碼的生成。因此 可以高效率地對大規模C代碼進行檢查，無論是運行時間還是內存佔有方面。本發明採用的技術方案如下一種基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，其特徵在於包括以下步驟1)檢查C語言的類型，避免強制類型轉換的發生，禁止對通用指針類型的聲 明；2)規定全局變量和局部變量不可同名，全局變量與函數的形式參數不可重名；3)對控制流語句的循環變量做限制；4)強化C語言的聲明和定義；5)對原始碼作詞法、語法、語義的分析，找出原始碼中不符合上述規定的地方。進一步地在所述步驟3)中，對if-else語句和switch語句的組成結構加以限制，對循環語 句中循環控制表達式的組成元素的存儲類嚴格限制。在所述步驟4)中，對沒有使用的聲明和定義進行識別，禁止定義帶有可變參數 的函數。本發明的優點是1)在不需要執行代碼的前提下找到可能的C語言編程上的漏
3洞2)有效彌補C語言在軟體工程中安全性不足的缺陷。
圖1表示強制類型轉換的隱患；圖2表示通用指針的隱患；圖3表示規則檢查工具的工作原理；圖4為模塊間的數據流程圖。
具體實施例方式本發明提供了一種基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，包括以下步驟1)檢查C語言的類型，避免強制類型轉換的發生，禁止對通用指針類型的聲 明；2)規定全局變量和局部變量不可同名，全局變量與函數的形式參數不可重名；3)對控制流語句的循環變量做限制；4)強化C語言的聲明和定義；5)對原始碼作詞法、語法、語義的分析，找出原始碼中不符合上述規定的地方。下面詳細說明。本發明提出了安全C語言準則的概念，目的在於規範C語言編程，同時，幫助 C程式設計師養成良好的C語言編程風格和習慣。它是基於代碼分析工具基礎上的代碼規範 性檢測工具。對比當前已有的靜態檢查工具，在遵從C99標準的前提下，它對C語言的 語義和語法進行了更加嚴格的限定。這些限定比較集中的體現在以下幾個方面·類型檢查儘可能的讓C語言向純粹的靜態類型語言靠近。C語言中的類型強制轉換允許 不同類型間的混合運算，如圖1所示，其中類型轉換是編譯器「自動」完成的。這種隱 性的類型轉換很大程度上削弱了 C語言的類型安全性，因此要儘量避免強制類型轉換的 發生。如圖2所示，C語言中通用指針(void*)的存在，也是類型安全的巨大隱患。本 發明禁止對通用指針類型的聲明。·符號名使用的限制為了增強代碼的可讀性和可維護性，本發明對C語言中的符號命名做了嚴格的 限制。比如，在一個文件裡，全局變量和局部變量不可以同名，全局變量與函數的形式 參數不可以重名，儘管這樣的重名在C語言中是合法的並且C的編譯器可以根據作用域 的差別來解析這些重名的符號。·控制流中的限制控制流語句因為可能涉及到複雜的條件分支，最容易造成程序的漏洞。我們對 if-else和switch語句的組成結構加以限制，從而降低使用這兩種語句時漏掉判定條件的 風險。對循環語句，我們對循環控制表達式的組成元素的存儲類(即auto，extern, static)做了限制(比如只允許特定的存儲類的變量出現在循環控制表達式中)，同樣是為了降低因使用全局變量的副作用造成的風險。·聲明和定義強化C語言的聲明和定義的規則，可以幫助我們減少編程中遇到的歧義，增強 代碼的可讀性。比如，對沒有使用的聲明和定義進行識別並且以分析報告的形式反饋給 用戶，禁止定義帶有可變參數的函數，等等。本發明的實現原理與編譯器前端的原理一致，都是對文本形式的原始碼作詞 法、語法和語義分析，從而找出原始碼中不符合相關詞法、語法、語義的定義的地方。 由於提出的安全C語言準則主要針對C語言的語義進行規範，規則檢查工具的大部分的 工作都是圍繞在語義分析進行的，這其中包括了重要的一環-類型檢查。如圖3所示，在這一過程中，原始碼被分析並且保存在一個語法樹中，另外各 種符號的屬性信息(比如類型，存儲類，名字)將會保存在一個符號表中。本發明依 賴於語法樹和符號表的信息來完成對原始碼的靜態分析。對代碼的靜態分析包括語法和 語義分析兩部分。其過程是通過將字符流轉換成token流，對token流進行語法分析和部 分語義分析後形成語法樹，然後再對語法樹進行語義分析。如圖4所示，本發明的內部構造主要由CPP和CCOM兩個模塊組成。CPP模塊 對原始碼進行預處理，並且負責檢查預處理階段的規則。CPP模塊的輸出是一個中間文 本文件，而這個中間文件隨即由CCOM模塊處理。CCOM模塊對代碼的語法和語義進行 檢查，所以，絕大部分的規則檢測是由這個模塊完成的。本發明可以在Windows作業系統的命令行下使用，也可作為集成開發環境的插 件部分來使用。例如，它現在已經作為SZIDE(神舟IDE嵌入式軟體集成開發環境)中 的一個有效的安全編程輔助工具，應用於我國航空，航天，軍工等領域的關鍵的嵌入式 軟體的研發中。
權利要求
1.一種基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，其特徵在於包括以下步驟1)檢查C語言的類型，避免強制類型轉換的發生，禁止對通用指針類型的聲明；2)規定全局變量和局部變量不可同名，全局變量與函數的形式參數不可重名；3)對控制流語句的循環變量做限制；4)強化C語言的聲明和定義；5)對原始碼作詞法、語法、語義的分析，找出原始碼中不符合上述規定的地方。
2.如權利要求1所述的基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，其特徵在於 在所述步驟3)中，對if-else語句和switch語句的組成結構加以限制，對循環語句中循環控制表達式的組成元素的存儲類嚴格限制。
3.如權利要求1所述的基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，其特徵在於 在所述步驟4)中，對沒有使用的聲明和定義進行識別，禁止定義帶有可變參數的函
全文摘要
本發明涉及一種基於靜態分析的C語言安全規則檢查方法，其包括以下步驟1)檢查C語言的類型，避免強制類型轉換的發生，禁止對通用指針類型的聲明；2)規定全局變量和局部變量不可同名，全局變量與函數的形式參數不可重名；3)對控制流語句的循環變量做限制；4)強化C語言的聲明和定義；5)對原始碼作詞法、語法、語義的分析，找出原始碼中不符合上述規定的地方。本發明的優點是1)在不需要執行代碼的前提下找到可能的C語言編程上的漏洞；2)有效彌補C語言在軟體工程中安全性不足的缺陷。
文檔編號G06F21/22GK102012991SQ20101053987
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者於鵬珊, 崔小磊, 程勝, 陸麒 申請人:北京神舟航天軟體技術有限公司