Tooldemo: Soot. Softwareanalyse SS 2011 Veranstalter: Prof. Dr. Klaus Ostermann Tillmann Rendel, M.Sc. Von Kim Maurice Nuspl

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1 Softwareanalyse SS 2011 Veranstalter: Prof. Dr. Klaus Ostermann Tillmann Rendel, M.Sc. Tooldemo: Soot ( Von Kim Maurice Nuspl

2 Gliederung: Was ist Soot? Eclipse Plugin Grundlagen Assemblersprache Jasmin Bytecode Darstellungen Teil 1: 1. Baf 2. Jimple AnalyseBeispiel und Framework Bytecode Darstellungen Teil 2 3. Shimple 4. Grimp Soot Visualisierung Soot Verwendungszwecke

3 Was ist Soot? Soot ist ein Framework zur Analyse von Java Bytecode. (Nur statische Analysen, keine Laufzeitanalysen!) Entwickelt von der Sable Research Group an der McGill Universität in Montreal / Kanada, 1999 (wird weiterentwickelt). Homepage: Ziel war es die Anylyse von Bytecode zu vereinfachen, und durch das Framework eine Umgebung zu schaffen die selbst erweiterbar ist. Der größte Nutzen von Soot sind die 4 unterschiedlichen Darstellungsarten von Bytecode: Baf, Grimp, Jimple und Shimple.

4 Eclipse Plugin Erste Version von 2003 Aktuelle Soot Version (29.März 2010) Installation in Eclipse unter Help Install New Software... Location:

5 Eclipse Plugin Soot Demo

6 Grundlagen Bytecode Der Bytecode ist eine Sammlung von Befehlen für die Java Virtual Machine (JVM). Lesbarer Zwischencode zwischen Java Code und Maschinensprache. Die JVM führt führt den Bytecode aus, indem sie den Bytecode in Maschinensprache übersetzt, so dass der Prozessor des jeweiligen Systems damit arbeiten kann.

7 Assemblersprache Jasmin Jasmin ist ein Assembler für die Java Virtual Machine, der aus Assemblersprache-ähnlichen Instruktionen Java-Bytecode erzeugt. Vorteil ist die Ausnutzung der gesamten Bandbreite des Computers durch eine Hardwarenahe Programmierung.

8 Bytecode Darstellungen von Soot Soot hat 4 Arten von Bytecode Darstellungen: Baf (compact representation of Bytecode) Jimple (Java Simple) Shimple (SSA Version of Jimple) Grimp (like Jimple, with expressions aggregated) Jede Darstellung hat eine andere Art von Abstraktion des Codes und daher einen unterschiedlichen Nutzen.

9 1.Darstellung: Baf Stack basierte Bytecode Darstellung. Hohe Ähnlichkeit mit Jasmin, und damit dem richtigen Bytecode am ähnlichsten. Abstrakte Darstellung von Typ Abhängigen zu einzelnen Methoden. Beispiel: Addition für Integer, long, etc. werden zu einer abstrakten Anweisung für Addition, anstatt für jeden Wert eine eigene Addition zu Verfügung zu stellen. Lokale Variablen bekommen explizite Namen. Vorteil von Baf: Optimierungsmöglichkeiten der Stackbefehle. Beispiel: Peephole-Optimierung. Hier werden bestimmte Folgen von Instruktionen in kürzere oder schnellere Instruktionen transformiert.

10 2.Darstellung: Jimple Jimple ist die wichtigste Darstellung in Soot und wird für fast alle Analysen genutzt. Ohne direkte Stackdarstellung, stattdessen Variablen mit expliziten Typzuweisungen. Darstellung ist eine 3-Adress Präsentation des Bytecodes Typ-3-Adress Anweisungen haben immer die Form: {result} := {operand 1} {operator} {operand 2} Beispiel: y = x + z Darstellung von Lokalen Variablen mit $ repräsentieren Stack Positionen, wodurch Stack Operationen entfallen.

11 2.Darstellung: Jimple Vorteile von Jimple: Variablen müssen nicht auf dem Stack gesucht werden, da sie einfacher zu lokalisieren sind. Der Stack ist nicht typ-basiert, wodurch manche Analysen verwirrt werden können. Dieses Problem entfällt hier. Die 3-Adress Darstellung ist eine praktische Ausdruck Darstellung, mit der Analysen einfach klarkommen, da mit maximal 3 Variablen oder Konstanten gearbeitet wird. Die Anzahl der über 200 Ausdrücke im normalen Bytecode wurden auf 15 Anweisungen reduziert, wodurch Analysen mit einer überschaubaren Menge von Anweisungen arbeiten können.

12 2.Darstellung: Jimple Basis Statements: NopStmt, IdentityStmt und AssignStmt Statementsfür intrapocedural Control-Flow: IfStmt, GotoStmt, TableSwitchStmt und LookupSwitchStmt Statements für interprocedural Control-Flow: InvokeStmt, ReturnStmt und ReturnVoidStmt Monitor Statements: EnterMonitor, ExitMonitor Weitere Statements: ThrowStmt, RetStmt

13 3.Darstellung: Shimple Shimple ist eine SSA (Static Single Assignment-form) Version von Jimple. Wurde 2003 zu Soot hinzugefügt. Identisch mit Jimple bis auf zwei Unterschiede: 1. Statische Einzel Zuweisungen (neue Variable anstatt Neuzuweisung) 2. Phi Nodes (Variablenzuweisung anhand des Control Flow)

14 Soot Framework Soot ist nicht nur ein Tool, sondern ein Framework welches von jedem Benutzer erweitert werden kann. Das Framework steht per SVN zur freien Verfügung. Anleitung zum Download: Es gibt eine kostenlose Mailing Liste

15 4.Darstellung: Grimp Einfacher zu lesende Bytecode Darstellung Grimp Code sieht dem Original Code sehr ähnlich und einfach zu inspizieren. Die Darstellung eignet sich als Grundlage für Dekompilierung.

16 Soot Visualisierung Eric Bodden von der University of Kent at Canterbury leitete 3 Jahre ein Projekt zur Entwicklung einer statischen Analyse. Das Resultat beinhaltete eine Package mit graphischem Anzeige. Das Projekt ist mittlerweile Opensource.

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18 Soot Verwendungszwecke Liste von bekannten Nutzern: Beispiele für Anwendungszwecke: Allgemein Kurse/Projekte über Softwareanalysen und Software- und Compileroptimierungen Universität Maryland: Java-To-C Compiler Syracuse University: Automatische Konvertierung von Bytecode zu CUDA Pennsylvania State University: Extrahieren des Source Codes von Programmen der Android Virtual Machine

19 V ielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Soot Demo