О статическом анализе кода в теории и на практике

Исследование программного кода на предмет ошибок

Есть много способов, которые помогут повысить качество программы. В этой статье предлагаю взглянуть на один из них – статический анализ кода.

Кратко о статическом анализе кода

Как вы, наверное, уже знаете, статические анализаторы позволяют проверять код без запуска самой программы. Последнее время популярность статического анализа при разработке набирает обороты, а рынок статического анализа с каждым годом становится больше. Отчасти это связано с тем, что прошла эра линтеров, которые были основаны только на регулярных выражениях.

Сейчас статический анализ поражает своим разнообразием и возможностями. Даже хайп с AI и машинным обучением не прошел мимо анализаторов, и швейцарцы выпустили продукт, обучающийся на открытых репозиториях. Однако надо понимать, что AI в обозримом будущем не заменит классические технологии, применяемые в статических анализаторах, а пополнит их.

Инструменты и технологии для статического анализа кода

Одним из современных статических анализаторов является инструмент PVS-Studio. Этот инструмент позволяет выявлять ошибки и потенциальные уязвимости в исходном коде программ, написанных на языках С, C++, C# и Java. Работает в 64-битных системах на Windows, Linux и macOS и может анализировать код, предназначенный для 32-битных, 64-битных и встраиваемых ARM платформ. Кратко рассмотрим, какие технологии использует PVS-Studio при анализе исходного кода.

Анализ потока данных

Начнем с анализа потока данных. Он позволяет вычислить возможные значения переменных в разных точках программы. Благодаря Data-Flow Analysis можно находить такие ошибки, как выход за границу массива, утечки памяти, разыменование нулевого указателя и т. д.

Аннотирование методов

Ручное и автоматическое аннотирование методов. Оно предоставляет больше информации об используемых методах, чем может быть получено путём анализа только их сигнатуры.

Сопоставление с шаблоном

Сопоставление с шаблоном. Анализатор, проверяя код, может находить заданные заранее паттерны, типичные для какой-либо ошибки. В простейшем варианте этот поиск похож на поиск ошибок с помощью регулярных выражений, однако всё обстоит несколько сложнее. Для поиска ошибок используется обход и анализ дерева разбора. Почему для этих задач неприемлемо использовать регулярные выражения, можно узнать из статьи «Статический анализ и регулярные выражения».

Символьное выполнение

Символьное выполнение. Оно позволяет находить недочеты в коде, даже не зная, какое значение переменных будет в строке с ошибкой. Небольшой пример, чтобы было нагляднее:

Не зная ничего о значениях переменных A, B и C, анализатор PVS-Studio способен понять, что условие (A > C) всегда ложно, и сообщить об этом разработчику. Подробнее с этим и другими принципами, положенными в основу анализатора, можно познакомиться в статье «Технологии, используемые в анализаторе кода PVS-Studio для поиска ошибок и потенциальных уязвимостей».

Я знаю, о чем подумали некоторые читатели этой статьи. Это все, конечно, классно, но зачем нам статический анализ? Приведу пример из своей жизни. У меня был маленький пет-проект – светодиодные костюмы, которые светятся и моргают под музыку (при нажатии кнопки «плей» в программе на компьютере запускается таймер, который и отправляет на светодиоды значение RGB). Однажды, внеся очередные правки в код, я включила костюм и поняла, что он сходит с ума. Костюм хаотично моргал и светился теми цветами, которые я видеть вообще не ожидала, и больше напоминал кошмар эпилептика, чем светодиодную шмотку. На поиск ошибки у меня ушло, наверное, около часа, я перечитывала свой код немыслимое количество раз, а причина оказалась в банальной опечатке в одной цифре… мда.

К слову, ошибку, которую я допустила, успешно находит статический анализ.

Предупреждение PVS-Studio: V3013 It is odd that the body of ‘saveip6_Click’ function is fully equivalent to the body of ‘saveip7_Click’ function (5254, line 5260). MainWindow. xaml. cs 5254

Тут я методом копипасты писала код, сохраняющий ip-адрес контроллеров костюмов из текстбоксов. И, дабы быть честной, признаюсь, что цифра 6 тут из головы. Я не помню, в каком конкретно обработчике событий так неудачно накопипастила. Ну и не важно, самое главное – передать суть.

Однако у меня была довольно небольшая кодовая база и, следовательно, маленький объем всевозможных ошибок и опечаток. Цифры, взятые из книги Стива Макконнелла «Совершенный код», гласят, что с ростом размера проекта растёт и плотность ошибок.

Именно поэтому инструменты статического анализа все больше набирают популярность среди крупных компаний, занимающихся разработкой.

Статический анализ кода на практике

Давайте теперь перейдём от теории к практике и на примере посмотрим, какие ошибки можно выявлять с помощью статического анализа кода. Для этого возьмём небольшой реальный открытый проект Extended WPF Toolkit и проверим его с помощью PVS-Studio.

Extended WPF Toolkit – это коллекция элементов управления и компонентов для WPF приложений. Проект включает в себя около 600 файлов исходного кода на языке C# и около 112 тысяч строк. Этот бесплатный набор инструментов имеет открытый исходный код и предоставляется в рамках лицензии Microsoft Public License. Также разработчики уже на платной основе предлагают воспользоваться Toolkit Plus Edition и Business Suite, в которых еще больше разнообразных компонентов и элементов управления, несколько тем под Metro и Windows 10 и многое другое.

Впрочем, все эти подробности нам не очень важны. Главное, что это обыкновенный типовой проект, написанный на языке C#. Давайте рассмотрим некоторые из ошибок, который в нём были найдены. Надеюсь, приведённых примеров будет достаточно для получения общего представления о технологии анализа кода. Более полное впечатление вы сможете составить самостоятельно, скачав и запустив анализатор на своих проектах. См. также «Как быстро посмотреть интересные предупреждения, которые выдает анализатор PVS-Studio для C и C++ кода?».

Примеры найденных ошибок

Предупреждение PVS-Studio: V3006 The object was created but it is not being used. The ‘throw’ keyword could be missing: throw new InvalidOperationException(FOO). DockingManager. cs 1129

Это предупреждение анализатора сообщает о том, что был создан экземпляр класса InvalidOperationException, который в коде не используется. Видимо, программист хотел, чтобы при выполнении условия генерировалось исключение, но забыл написать оператор throw, который бы это исключение вызывал.

Предупреждение PVS-Studio: V3083 Unsafe invocation of event ‘PropertyChanged’, NullReferenceException is possible. Consider assigning event to a local variable before invoking it. CheckListsView. xaml. cs 124

Анализатор предупреждает о том, что был создан потенциально небезопасный вызов обработчика события. Проблема этого кода заключается в том, что одной проверки на null в этом случае недостаточно. В многопоточном приложении между проверкой на null и кодом в then-ветви оператора if может выполниться код в другом потоке, выполняющий отписку от данного события. Если это произойдет, и подписчиков у события не останется, то такой случай приведет к возникновению исключения NullReferenceException.

Для того, чтобы гарантированно произошло безошибочное выполнение вызова события, есть несколько способов переписать этот код. Я приведу один пример, а разработчики сами решат – воспользоваться моим способом, найти другой, и стоит ли вообще с этим кодом что-то делать.

В этом примере мы сохраняем ссылку на обработчик события в переменную eventHandler. Теперь, даже если произойдет отписка от события и подписчиков не останется, переменная eventHandler всё равно будет содержать ссылку на первоначальный обработчик и код выполнится корректно.

Подобные проблемы в коде встретились более 30 раз. Все подобные предупреждения в рамках этой статьи смотреть будет скучно, поэтому предлагаю автору проекта самостоятельно попробовать их найти и исправить.

Предупреждение PVS-Studio: V3117 Constructor parameter ‘ignore’ is not used. AnimationRate. cs 59

Это предупреждение говорит о том, что параметр ignore не используется в этом коде. Судя по названию параметра, это ложное срабатывание и вскоре ‘ignore’ уберут из этого кода. Если это так, то предлагаю использовать атрибут ‘Obsolete’, который используется как раз в таких случаях.

Предупреждение PVS-Studio: V3114 IDisposable object ‘reader’ is not disposed before method returns. CSharpFormat. cs 211

Анализатор указывает на то, что объект reader класса StringReader реализует интерфейс ‘IDisposable’, но метод Dispose() для этого объекта в коде не был вызван. Тут, на самом деле, возникла двоякая ситуация. Класс StringReader и правда реализует данный интерфейс, но он его унаследовал от базового класса и никакими ресурсами он не владеет, поэтому вызывать Dispose() в этом случае не обязательно.

Анализатор обращает внимание на то, что в двух условиях подряд проверяется одно и то же значение на null. Возможно, проверка избыточна, но так же есть и вероятность, что второе условие должно выглядеть иначе. Сложилось впечатление, что этот код просто не дописан.

Предупреждение PVS—Studio:

V3084 Anonymous function is used to unsubscribe from ‘HeaderDragDelta’ event. No handlers will be unsubscribed, as a separate delegate instance is created for each anonymous function declaration. ChildWindow. cs 355

V3084 Anonymous function is used to unsubscribe from ‘HeaderIconDoubleClicked’ event. No handlers will be unsubscribed, as a separate delegate instance is created for each anonymous function declaration. ChildWindow. cs 356

V3084 Anonymous function is used to unsubscribe from ‘CloseButtonClicked’ event. No handlers will be unsubscribed, as a separate delegate instance is created for each anonymous function declaration. ChildWindow. cs 357

В этом коде _windowControl отписывается от события, а потом подписывается обратно. Проблема кроется в том, каким образом происходят манипуляции с событиями при помощи лямбда-выражений. Дело в том, что каждое объявление анонимной функции приводит к созданию отдельного экземпляра делегата. Корректный вариант использования анонимных функций при подписке с дальнейшей отпиской на события представляет собой создание и использование переменной, в которую сохранен обработчик-лямбда, например, так:

Предупреждение PVS-Studio: V3013 It is odd that the body of ‘OnMaxScaleChanged’ function is fully equivalent to the body of ‘OnMinScaleChanged’ function (656, line 695). Zoombox. cs 656

В этом коде анализатор нашел две функции OnMinScaleChanged и OnMaxScaleChanged, реализованные идентичным образом. При этом в коде было создано свойство зависимости с именем MaxScaleProperty. Есть подозрения, что во втором случае код должен выглядеть так:

Подобные ошибки, найденные анализатором:

Предупреждение PVS-Studio: V3051 An excessive type cast. The object is already of the ‘Magnifier’ type. MagnifierManager. cs 62

Анализатор указывает на то, что программист привел объект к своему же типу. Данная проверка является избыточной. Это не является ошибкой и можно оставить ключевое слово var в объявлении magnifier, но нагляднее будет явно указать тип переменной.

Обычно после описания ошибки идет перечисление всех мест, где попадался подобный ошибочный код, но в этом случае выписать все предупреждения не получится. В коде попалось более 50 (!) подобных предупреждений анализатора (не считая того, что могло попасть на уровень Low, который я смотрела не так внимательно, как остальные), что на мой взгляд чересчур много.

Предупреждение PVS-Studio: V3116 Consider inspecting the ‘for’ operator. It’s possible that the loop will be executed incorrectly or won’t be executed at all. CollectionControl. cs 642

Код в цикле for не выполнится ни разу по следующим причинам: сначала программа очищает list, потом сравнивает размер sourceList и list (генерируя исключение, если количество элементов в sourceList больше чем в пустом list), а далее пытается заполнить список list значениями из sourceList через цикл.

Предупреждение PVS-Studio: V3020 An unconditional ‘break’ within a loop. LayoutRoot. cs 542

Вне зависимости от значения singleChild. ChildrenCount, из-за оператора break выполняется ровно одна итерация цикла foreach. Да и вообще код очень странный, непонятно, стоит ли это расценивать как ошибку, вдруг это так и было задумано…

Заключение

На примере проекта Extended WPF Toolkit мы убедились в значимости статического анализа при создании программного продукта. WPF Toolkit представляет собой совсем небольшой проект, однако на 112 тысяч строк кода попалось довольно много однотипных ошибок, вроде идентично реализованных методов, приведения объектов к своему же типу и т. д. Все эти ошибки легко находятся при помощи статического анализатора кода PVS-Studio, которым можно воспользоваться, скачав пробную версию по ссылке. Если ввести промокод #infocomp в поле «Сообщение», то можно получить лицензию на один месяц вместо 7 дней.

10 полезных советов для отладки и устранения неполадок в программировании

Несколькими тысячами строк кода позже, тот же самый проект может оказаться отягощенным ошибками, из-за которых добавление новых функций становится головной болью, и падает энтузиазм программистов. Лучшие разработчики знают, как найти и устранить ошибки, и придерживаются лучших практик в разработке программного обеспечения, чтобы свести к минимуму, в первую очередь, возникновение ошибок.

Ваш набор инструментов для борьбы с ошибками

1. Оператор печати

Операторы печати – это самый быстрый, простой и непосредственный для программиста способ инспектирования значений данных и типов переменных. Правильно размещенные операторы печати позволяют программисту отслеживать поток данных на участке кода и быстро определять источник ошибки.

Не имеет значения, сколько передовых технологий используется, скромный оператор печати должен быть первым инструментом, к которому обращается программист, когда пытается отладить участок кода.

2. Отладчик

Отладчики исходного кода доводят метод отладки с помощью операторов печати до его логического завершения. Они позволяют программисту отследить по шагам выполнение кода строка за строкой и инспектировать все, что угодно, начиная от значений переменных и заканчивая состоянием виртуальной машины.

Большинство языков программирования имеют множество доступных отладчиков, которые предлагают различные возможности, включая графические интерфейсы, настройки точек останова для приостановки выполнения программы, и выполнение произвольного кода внутри среды исполнения.

3. Система отслеживания ошибок

Использование какой-либо системы отслеживания ошибок является жизненно важным условием для нетривиальных проектов по созданию программного обеспечения. Типичная ситуация, которая складывается, когда не используют систему отслеживания ошибок, такова: программисты вынуждены разбираться в старых е-мейлах или переписке в чате в поисках информации об ошибках, или того хуже — единственным хранилищем информации об ошибках является память программиста.

Когда такое случается, некоторые ошибки неизбежно остаются неисправленными, и что более важно, их труднее обнаружить и устранить другие, связанные с ними ошибки.

Простой текстовый файл может служить начальной системой отслеживания ошибок для проекта. С ростом объема кода количество ошибок выйдет за рамки текстового файла.

Существует большой выбор систем отслеживания ошибок в программном обеспечении, как коммерческих, так и с открытым исходным кодом. Самым важным критерием в выборе такой системы является доступность для сотрудников-непрограммистов, которым нужно работать с файлом ошибок.

4. Верификация программ

В некоторых языках программирования верификатор может проводить статический анализ кода для обнаружения проблемных мест до того, как код будет откомпилирован или выполнен, а в других языках верификатор полезен для проверки синтаксиса и стиля написания.

Исполнение программы верификации внутри редактора во время написания кода или прогон кода через верификатор до компиляции и выполнения помогает программистам находить и исправлять неисправности до того, как они переросли в ошибки в исполняемом программном обеспечении.

5. Контроль версий

Также как и использование системы отслеживания ошибок, применение системы контроля версии – это самая лучшая практика в разработке программного обеспечения, которая не может быть игнорирована при разработке любого проекта значительного размера.

Системы контроля версий играют ключевую роль еще и потому, что позволяют программистам откатить изменения до более ранней версии кода, просто возвратившись в состояние базы до появления ошибок, не допуская при этом других ошибок, за исправление которых пришлось бы дорого поплатиться.

6. Модульность

Плохо спроектированный код – это главный источник трудно исправляемых ошибок. Если код легко понять, и он может быть « выполнен » в уме или на бумаге, есть большая вероятность, что программисты смогут быстро находить и исправлять ошибки.

Самый лучший способ добиться этого – писать функции, выполняющие что-то одно. А вот участок кода с большим количеством функций имеет большую склонность к возникновению ошибок, которые сложно отслеживать.

Проектирование компонентов программного обеспечения, которые осуществляет только одну функцию, часто называется модульным дизайном. Модульность помогает программистам рассматривать системы программного обеспечения в двух измерениях. Во-первых, модульность создает уровень абстракции, позволяющий думать о модуле системы без понимания всех деталей его работы.

Например, программист, разрабатывающий систему электронной коммерции, мог бы, рассматривая модуль обработки кредитной карты, видеть, как он связан с остальным кодом, не вдаваясь в детали самой обработки кредитной карты. С другой стороны, детали модуля (в нашем примере того, который занимается обработкой кредитной карты) могут быть рассмотрены и поняты без обращения к не имеющему отношение к этому модулю коду.

7. Автоматизированные тесты

Модульные тесты и другие типы автоматизированных тестов идут рука об руку с модульным программированием.

Автоматизированный код – это участок кода, который выполняет программу с определенными входными параметрами и проверяет, соответствует ли поведение программы ожидаемому.

Модульные тесты проверяют функционирование отдельных функций или методов класса, в то время как функциональные тесты проверяют специфичное поведение всей программы, а интеграционные тесты проверяют большие части системы или всю систему в целом.

8. Метод «Плюшевый мишка» (или отладка «Резиновая уточка»)

Если верить легендам программирования Брайану Кернигану и Робу Пайку (Brain Kernighan и Rob Pike), отладка по типу «Резиновая уточка» возникла в университетском компьютерном центре, где студенты должны были садиться напротив плюшевого мишки и объяснять ему их ошибки, прежде чем обращаться за помощью к живому человеку.

Этот метод отладки оказался настолько эффективным, что быстро распространился во всем мире разработки программного обеспечения, и также как простой оператор печати, продолжает существовать по сей день, несмотря на то, что есть, казалось бы, более сложные инструменты. Практически все может заменить плюшевого мишку: резиновые уточки, как терпеливые слушатели, тоже пользуются спросом.

Важной частью этого метода является то, что нужно объяснять код и проблему вслух в простых и понятных терминах. Есть подобная методика, которая также полезна – вести журнал программирования, в который нужно записывать мысли о коде до и после его реализации.

9. Пишите комментарии к коду

Комментарии должны объяснять цель кода на низком уровне. Должна существовать возможность легко ответить на вопросы о том, что строка кода делает и как она это делает, прочитав сам код. Это достигается путем написания читаемого кода, который разработан настолько просто, насколько это возможно, и использует осмысленные имена для функций и переменных.

Комментарии к коду должны заполнять пробелы информации в максимально возможной степени, отвечая на такие вопросы, как: почему используется конкретная реализация, или как данный участок кода взаимодействует с остальной частью программы.

Написание хороших комментариев – это отличная практика разработки программного обеспечения даже в свободном от ошибок коде, но когда ошибки появляются, комментарии помогут сэкономить массу времени, затрачиваемого на понимание кода, написанного несколько дней, недель или даже месяцев назад.

10. Пишите документацию

В то время как комментарии описывают код на низком уровне, с точки зрения программиста, программная документация описывает функционирование всей системы в доступной для пользователей форме. В зависимости от типа разрабатываемого программного обеспечения, документация может описывать интерфейсы программирования, графические интерфейсы или рабочие процессы.

Написание документации демонстрирует понимание программной системы, и часто указывает на те части системы, которые не до конца понятны и являются вероятным источником ошибок.

На пути к мастерству: избавляемся от ошибок

Программирование – это, прежде всего, искусство. И также как для любого другого вида искусства, путь к мастерству в нем вымощен трудолюбием и стремлением учиться. Работа по изучению программирования никогда не заканчивается. Всегда есть что-то новое для изучения и новые способы по улучшению.

Какими из этих 10 средств отладки вы пользуетесь сейчас? Какими вы могли бы начать пользоваться с сегодняшнего дня? Какие из этих инструментов требуют времени на практику и освоения новых навыков?

Программисты пользуются преимуществом, которым только некоторые другие мастера могут когда-либо воспользоваться: самые лучшие инструменты и знания о программировании свободно и бесплатно доступны для всех, кто заинтересован в этом вопросе. Вы можете стать профи в отладке кода: все, что вы должны сделать для этого – просто взять инструменты по отладке и приступить к работе.

AppChecker — инструмент статического анализа

В настоящее время информационные технологии проникли практически во все сферы ведения бизнеса. Для решения бизнес-задач создаются крупные, распределенные, постоянно модифицируемые информационные системы с тенденцией к усложнению. Они могут иметь в своем составе как готовые решения, так и внешние IT-сервисы (SaaS), собственные и заказные разработки, бесплатные продукты с открытым исходным кодом (open source). Проблемы в их работе приводят к нарушению информационной безопасности, а как следствие, к финансовым и репутационным потерям бизнеса. По данным исследования [9], последние четыре года финансовые потери бизнеса растут из-за кибератак. Повышение сложности используемых программных комплексов, их включение в контур систем управления государством и производством промышленной продукции требуют постоянного совершенствования методов тестирования, испытаний и контроля программного обеспечения.

Большинство методов анализа ПО, применяемого в аудите безопасности программных систем, можно разделить на две группы (рис. 1) — динамические методы (функциональное тестирование) и статические методы (структурное тестирование).

Рис. 1. Примерная классификация видов анализа программ (цветом выделены те виды анализа, о которых говорится в данной статье)

Динамический анализ представляет собой совокупность всех методов анализа программного обеспечения, реализуемых с помощью программ на реальном или виртуальном процессоре. Такие способы наиболее востребованы при исследовании программ методом «черного ящика» (black box), когда имеется доступ лишь к внешним интерфейсам программного обеспечения без учета их структуры, внутренних интерфейсов и состояния [5]. Этот подход не всегда эффективен при поиске ошибок, связанных с комбинациями редко используемых входных данных, а также при выявлении скрытого программного функционала (программных закладок), внесенного туда преднамеренно.

Для своей работы статический анализ не требует реализации програм­много кода и допускает полную или частичную автоматизацию процесса, но предполагает доступ не только к загрузочным и объектным модулям, но и к исходным текстам программной системы, к информации, связанной со средой компиляции и выполнением программных компонентов [3–5].

В соответствии с вышеизложенным для одновременного решения задач выявления случайных дефектов кода и программных закладок предлагается использовать методы статического анализа.

Методы статического анализа кода

Статический анализ исходных текстов программного обеспечения тесно связан с принципами работы компиляторов. Многие подходы такого анализа основаны на некоторых элементах компиляции, в частности, промежуточное представление исходных текстов в статических анализаторах эволюционирует совместно с развитием теории компиляторов. Современные методы анализа в целях унификации алгоритмов используют различные модели представления кода, например лексический разбор, синтаксическое дерево, дерево Канторовича, графы потока данных и управления и т. д. [1].

Подход, получивший название сигнатурного анализа, подразумевает поиск дефектов в программном коде путем сопоставления фрагментов кода с образцами из базы данных шаблонов (сигнатур) дефектов безопасности. В зависимости от технологии, применяемой при сопоставлении фрагмента кода и шаблона, а также от промежуточного представления, могут использоваться как обычные алгоритмы поиска подстроки в строке, так и регулярные выражения, специальные языки запросов по структурированной информации, в частности XQuery для XML, или специально разработанные для этой задачи способы сопоставления. В [2] приведены примеры правил формирования сигнатур ошибок, соответствующих стандарту CWE. Признакам потенциально опасных конструкций в программных системах и методам оценки их безопасности посвящены статьи 6, 7].

Самый простой способ поиска потенциально опасных конструкций — применение регулярных выражений. Этот вариант достаточно прост в реализации (легко добавляются новые шаблоны уязвимостей), однако имеет несколько критических недостатков. В первую очередь к ним относится невозможность создать шаблоны для сложных дефектов, причем даже для простых дефектов кода регулярное выражение может занимать очень много места, а также очень низкая скорость поиска.

Более эффективным считается построение промежуточного представления кода и его анализ. Именно такой способ используется почти во всех современных анализаторах кода. Общее представление структуры статического анализатора показано на рис. 2.

Рис. 2. Структура статического анализатора

На начальном этапе решение задачи анализа исходного кода напоминает действия компилятора либо интерпретатора (в случае динамического языка). Исходные тексты разбиваются на лексемы, на основании которых впоследствии строится абстрактное синтаксическое дерево (Abstract syntax tree — AST) и в дальнейшем семантический граф (Abstract semantic graph — ASG). Далее AST и ASG анализируются механизмом, подобным поиску регулярных выражений в тексте, либо используются скрипты для анализа. Помимо этого, анализ графов выполнения и потоков данных (Data Flow analysis) может дать полезную информацию.

Примеры дефектов кода

Самые распространенные виды дефектов кода — ошибки программирования и злонамеренно внесенный код. Следует заметить, что не всякая ошибка программирования приводит к возникновению уязвимости, а только те, в результате эксплуатации которых страдают защищенность, целостность и доступность данных. Злонамеренно внесенный код, как правило, позволяет получить несанкционированный доступ к системе, но бывают и другие типы дефектов, приводящие, например, к удаленному выполнению кода, сбору и отправке конфиденциальной информации либо к реализации несанкционированных действий при наступлении определенного момента времени (time bomb).

К наиболее известным и опасным уязвимостям нужно отнести уязвимости следующих видов:

Отсутствие проверки вводимых данных

Уязвимость появляется, если не производится проверка данных, поступивших из поля ручного ввода данных; от пользователя ожидается простая информация, например имя, email, текст короткого сообщения. Если при этом в поле ввода дописать код специально сформированной команды SQL или Javascript, то данный код будет выполнен. Например:

$stmt = prepare_query(«SELECT * FROM users WHERE username =?»);

В данном примере каждый параметр передается через отдельный метод bind_param, который и осуществляет фильтрацию специальных символов и ключевых слов.

Ошибки работы с памятью

Чаще всего встречаются ошибки, приводящие к переполнению буфера. Они, как правило, возникают в программах на языках C и C++. Если программа получает данные извне и копирует их во внутренний буфер без проверки размера копируемой области памяти, то при получении достаточно большого объема сведений происходит запись передаваемых данных на место адреса возврата и данных других процедур в области памяти стека. Эта ошибка может быть использована злоумышленником, который подставит нужное значение на место адреса возврата таким образом, чтобы в процессе возврата из подпрограммы переход осуществлялся вовнутрь той же перезаписанной области данных, где можно разместить вредоносный код. Пример уязвимого кода:

int main(int argc, char *argv[]) <

strcpy(buf, argv[1]);
// копирование

// без проверки длины

Пример безопасного кода:

int main(int argc, char *argv[]) <

strncpy(buf, argv[1], sizeof(buf));

// копируется не больше

Ошибки реализации

При проектировании и разработке решений для безопасности информационной системы не следует допускать появления в програм­мном коде уязвимостей, которые в дальнейшем могут создать прецеденты нарушения информационной безопасности. К таким уязвимостям относятся:

Вредоносный код

Один из распространенных примеров вредоносного кода — внедрение разработчиком-злоумышленником возможностей несанкционированного доступа: доступа не только на основании допустимых аутентификационных сведений из базы данных, но и тех данных, о которых знает только разработчик-злоумышленник. Чаще всего к подобной информации относятся пароли-константы, но возможны и пароли, зависящие от даты и времени либо внешних поступающих данных.

Распространены и так называемые логические бомбы, действующие следующим образом: при наступлении определенного момента или при поступлении определенных входных данных программа меняет логику работы на вредоносную.

Эффективность статического анализа

Сегодня использование статических анализаторов становится объективной потребностью для обеспечения защищенности современных программных систем с высоким уровнем доверия. Введение новых стандартов разработки безопасного ПО подтверждает необходимость эффективных инструментов, поддерживающих качество программного кода.

Использование AppСhecker [8] позволяет существенно упростить и сократить затраты на ревизию кода при разработке программ, а также повысить качество кода и сократить количество ошибок и уязвимостей еще на этапе проектирования, что также позитивно скажется на затратах на доработку и поддержку выпускаемого ПО.

Помимо основного функционала в любом программном обеспечении, взаимодействующем с пользователем, очень важно удобство его применения. Удобный и понятный интерфейс (рис. 3), интеграция в процесс разработки, простота установки, обновления и поддержки становятся важными характеристиками анализаторов кода. Тем не менее сделать анализатор полностью автоматическим, действующим по «нажатию одной кнопки», невозможно.

Рис. 3. Общий вид рабочего экрана AppChecker

Как уже упоминалось, работа анализатора во многом близка работе компилятора. И для того чтобы провести качественный анализ, требуются те же действия, которые выполняет система сборки: проанализировать зависимости в проекте, распознать и «подключить» библиотечные функции и т. д., что может потребовать дополнительных настроек процесса анализа. В сравнении с другими статическими анализаторами, AppСhecker предоставляет пользователям бо? льшую гибкость в настройке: он понятен простым пользователям, а опытные разработчики смогут интегрировать его в процесс сборки любой сложности.

Важной составляющей безопасности кода является применение проверенных сторонних компонентов — библиотек или готовых программ с открытым исходным кодом. Их можно проверить, сообщая авторам о найденных уязвимостях и создавая базу уязвимостей open-source библиотек. Это особенно актуально для поддерживаемых анализатором AppСhecker интерпретируемых языков PHP, Javascript, в которых программы хранятся в виде исходных текстов.

Заключение

В статье рассмотрен метод статического анализа исходных кодов программного обеспечения, а также основные задачи и проблемы реализации автоматизированной проверки кода на примере статического анализатора AppChecker. Авторы данного продукта разработали эту технологию для удовлетворения потребностей рынка средств управления качеством исходного кода программ.