Day 5 Soot使用笔记
命令行使用
参考实现:Introduction: Soot as a command line tool
下载地址:https://soot-build.cs.uni-paderborn.de/public/origin/master/soot/soot-master/
输入以下命令验证一下即可,会有一些提示信息
java -cp sootclasses-trunk-jar-with-dependencies.jar soot.Main
Jimple
生成
示例代码
public class ForLoop {public static void main(String[] args) {int x = 0;for(int i = 0; i<10; i++){x = x + 1;}}
}
编译class文件,测试的大概目录如下:
命令:
java -cp sootclasses-trunk-jar-with-dependencies.jar soot.Main -cp . -pp -process-dir examples/ForLoop/ -f J
参数的一些解释:
-cp .
:soot有自己的classpath且默认classpath为空,所以使用的时候需要添加一下当前路径-pp
:soot的工作需要类型信息、类的完整层次结构,所以需要java.lang.Object
,使用该参数可以自动包含所需的jar文件-process-dir
:处理的目录-f J
:生成Jimple类型的文件,默认在soot.jar的目录下的sootOutput下,也可以用-d
指定输出文件夹S
:shimpleG
:grimple
- 默认解析class文件,也可以用
-src-prec
解析指定类型
生成的Jimple文件如下:
public class ForLoop extends java.lang.Object
{public void <init>(){ForLoop r0;r0 := @this: ForLoop;specialinvoke r0.<java.lang.Object: void <init>()>();return;}public static void main(java.lang.String[]){java.lang.String[] r0;int i1;r0 := @parameter0: java.lang.String[];i1 = 0;label1:if i1 >= 10 goto label2;i1 = i1 + 1;goto label1;label2:return;}
}
基本概念
Soot – 中间代码Jimple介绍
Day 2 Intermediate Representation
jimple是soot分析用到的中间代码(Intermediate Representation),是有类型的三地址码(typed 3-address code)
先从main方法看:
关于这个identity_stmt:
另,如果声明的变量有$
标记则理解为临时变量(和opcode的内部可重用变量蛮像的)
对于我们这个FoorLoop
类,Jimple中的<init>
是默认生成的构造函数(源代码没写也会自动加进去),r0
会指向this
,然后就会调用父类(Object
)的构造函数。
(invokespecial就是specialinvoke)
public class MethodCall {String foo(String para1, String para2) {return para1 + " " + para2;}public static void main(String[] args) {MethodCall mc = new MethodCall();String result = mc.foo("hello", "world");}
}
它的foo方法的jimple代码如下:
java.lang.String foo(java.lang.String, java.lang.String){java.lang.StringBuilder $r0, $r2, $r3, $r5;java.lang.String r1, r4, $r6;MethodCall r7;r7 := @this: MethodCall;r1 := @parameter0: java.lang.String;r4 := @parameter1: java.lang.String;$r0 = new java.lang.StringBuilder;specialinvoke $r0.<java.lang.StringBuilder: void <init>()>();$r2 = virtualinvoke $r0.<java.lang.StringBuilder: java.lang.StringBuilder append(java.lang.String)>(r1);$r3 = virtualinvoke $r2.<java.lang.StringBuilder: java.lang.StringBuilder append(java.lang.String)>(" ");$r5 = virtualinvoke $r3.<java.lang.StringBuilder: java.lang.StringBuilder append(java.lang.String)>(r4);$r6 = virtualinvoke $r5.<java.lang.StringBuilder: java.lang.String toString()>();return $r6;}
CFG
java -cp sootclasses-trunk-jar-with-dependencies.jar soot.tools.CFGViewer -cp . -pp -process-dir examples/ForLoop/
会在sootOutput下生成dot文件,输入以下命令安装graphviz来处理dot文件
apt-get install graphviz
sudo apt-get install graphviz graphviz-doc
生成png
dot -Tpng ForLoopMain.dot -o ForLoop.png
IDEA使用
我们先了解一下soot的处理流程
Jimple为输入起点,后面的矩形方块内:
- 第一个字母:
- s:Shimple
- j:Jimple
- b:Baf
- g:Grimp
- 第二个字母:
- t:transformation(用户定义的处理阶段)
- o:optimizations(优化)
- a:attribute generation(属性生成)
- b:body(方法体创建阶段)
- 第三个字母
- p:pack(处理阶段,可见soot的执行被划分成了很多阶段)
突然发现不如一张图来得实在…
关于这个全局模式,阶段的组装需要用到
用户可以在转化阶段加入一些自己的分析相关的操作,即在jtp阶段实现。
a easy case
新建一个maven项目导入soot的依赖
<dependency><groupId>org.soot-oss</groupId><artifactId>soot</artifactId><version>4.2.1</version>
</dependency>
初始化配置:
@Beforepublic void init(){soot.G.reset();//re-initializes all of sootOptions.v().set_src_prec(Options.src_prec_class);//设置处理文件的类型,当然默认也是class文件Options.v().set_process_dir(Arrays.asList("target/classes/com/examples"));//处理路径Options.v().set_whole_program(true);//开启全局模式Options.v().set_prepend_classpath(true);//对应命令行的 -ppOptions.v().set_output_format(Options.output_format_jimple);//输出jimple文件Scene.v().loadNecessaryClasses();//加载所有需要的类}
然后就是测试一下:
@Testpublic void test(){PackManager.v().runPacks();//运行(要有,不然下面没有输出...坑了好久,加上后运行好慢)PackManager.v().writeOutput();//输出jimple到sootOutput目录中}
add a transformation
步骤如下:
- 实现
BodyTransformer
或者SceneTransformer
,其实也就是internalTransform
方法实现了转换 - 选择阶段(pack),通常是
jtp
- 写入自己的方法并添加到pack中,运行即可
我们新建一个Transformer
package com.examples;import soot.Body;
import soot.BodyTransformer;import java.util.Map;public class TransformerTest extends BodyTransformer {@Overrideprotected void internalTransform(Body body, String s, Map<String, String> map) {System.out.println(body.getMethod().getName());//输出下程序方法的名字}
}
Test里这么写即可:
@Testpublic void test(){PackManager.v().getPack("jtp").add(new Transform("jtp.TT", new TransformerTest()));for (SootClass appClazz : Scene.v().getApplicationClasses()) {for (SootMethod method : appClazz.getMethods()) {Body body = method.retrieveActiveBody();PackManager.v().getPack("jtp").apply(body);}}//只分析应用类,运行速度明显快了}
这里有几点需要记录一下:
- jtp是packPhaseName
- jtp.TT是transformerPhaseName(我们可以随便起的)
稍微跟一下上面分析应用类的代码,其中Scene.v().getApplicationClasses()
得到所有应用类
可以看到body
是什么内容,然后直接跟进到apply
方法中
这里猜上面add transformer
应该是把jtp.TT
名字和我们的transformer
绑定在一起,然后根据jtp.TT
来找我们的transformer
(真的是我猜的,没验证)跟进到apply
处,发现找到了
最后就到了我们的代码处
确实分析起来节省时间,PackManager.v().runPacks()
这个都要跑20多s
flow analysis framework
soot自己有个流分析框架,我们要实现的主要流程:
继承自*FlowAnalysis,backword就是
BackwardFlowAnalysis<Unit, FlowSet>
,forward就是ForwardFlowAnalysis<Unit, FlowSet>
一些抽象的实现:
值域的抽象(FlowSet):Soot里有一些默认的,如ArrayPackedSet(其实就是课上提到的bitvector),我们也可以自己实现
copy():其实就是把IN的值给OUT或者OUT给IN (取决于forward或backword)
- merge():不难理解,就是Transform Function干的事(可以回忆下那两行算法)
- flowThrough():是流分析的核心,brain of analysis
- 处理式子(等式右边是表达式)
- 处理从IN到OUT或者OUT到IN到底发生了什么
protected void flowThrough(FlowSet src, Unit u, FlowSet dest)
我们还需要补充下Soot中Box的概念
用上面
(Unit)u
的方法即可得到Box了,如u.getUseBoxes()
,u.getDefBoxes()
,那么也就不难理解Unit是啥了,上图中的s其实也是一个Unit我们还要再补充一点点,
soot.Local
:代表了Jimple中的本地变量初始化IN和OUT(边界和每个BB的值):
newInitialFlow()
,entryInitialFlow()
实现构造函数,且必须要调用doAnalysis
super(graph); super.doAnalysis();
查看结果:(就在本类里测试,当然也可以将我们这个类加入
jtp
当中)OurAnalysis analysis = new OurAnalysis(graph); analysis.getFlowBefore(s);//Unit s analysis.getFlowAfter(s);
把这些基础的用法都了解,才能在后面更加关注静态分析核心的算法部分(加油)
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