VER:安全問題頻現 程序分析如何提前捕獲安全漏？

如果你對區塊鏈技術感興趣的話，可能聽說過很多攻擊者利用程序代碼中的漏洞而導致的大量資金被盜事件。例如，2016 年臭名昭著的 DAO 攻擊事件，攻擊者利用一個名叫「重入」的漏洞超額提取了他們原本所能提取的資金。另一個更近期的事件是閃電貸攻擊，發生于 2022 年 4 月 17 日，造成 1.82 億美元的資金損失。雖然所有攻擊都源于底層源代碼的安全漏洞，但好消息是現在已經有能夠檢測此類漏洞的程序分析技術。在接下去的幾篇博文中，我們會解釋程序分析是什么，以及它如何幫助在部署前捕獲安全漏洞。

程序分析指的是一類用于檢測程序中安全漏洞的技術。程序分析有兩種主要形式，動態和靜態。動態程序分析的目標是通過執行程序來檢測問題，而靜態程序分析則無需運行程序本身就可以對源代碼進行分析。然而，在這些技術之中，只有靜態分析能夠確保程序中不存在漏洞。相反，不同于靜態分析，動態分析能證明問題的存在，它并不能夠證明漏洞并不存在。

美國副總統哈里斯：將與多家科技公司高管討論AI安全問題:金色財經報道，美國副總統哈里斯計劃于5月4日會見多家美國科技龍頭企業的高管，討論人工智能（AI）的一些關鍵問題。哈里斯在向谷歌、微軟、OpenAI和Anthropic等公司的總裁發出的邀請中表明，總統拜登“期望像你們這樣的公司在向公眾提供產品之前，必須確保產品的安全性”。（財聯社）[2023/5/3 14:40:06]

乍一看，靜態分析聽起來似乎很神秘：表面看來，靜態分析似乎違反了一個被總結為萊斯定理「Rice's theorem」的基本原則，該定理聲稱程序的每一個非平凡性質都是不可判定的。在此，語義屬性是關于程序行為的屬性（與語法屬性不同），而非平凡性質是指只有某些程序擁有而其他程序沒有的性質。與我們手頭話題更相關的是，安全漏洞的存在是非平凡性質的一個典型例子。因此，關于「這個程序是否存在安全漏洞」這一問題，萊斯定理告訴我們沒有一個算法能夠終結并準確回答這一問題。

聲音 | 上海市信息安全測評認證中心主任：2017年區塊鏈應用安全問題造成的損失達20億美元:據全景網報道，在第三屆區塊鏈開發大會上，上海市信息安全測評認證中心主任蔣力群分享了兩組數據：1. 從2011年到2018年這段時間里，由于區塊鏈的應用安全問題，造成的損失達到30億美金，其中17年最可怕，達到20億美金。2. 從區塊鏈技術架構層級的角度看，風險事故最頻發的受攻擊面依次是業務層（71.17%）、合約層（20.72%）、共識層（4.51%）和網絡層（3.6%）。從受攻擊點來看，交易平臺（34%）、智能合約（20%）和普通用戶（19%）成為核心的受害人。京東集團大數據與智能供應鏈事業部翟欣磊從技術的角度表達了自己的觀點：因為區塊鏈是未來安全計算的底層，但是現在安全計算的主要問題在于它在邊緣計算的系統中，添加比如同態加密這樣的算法，一旦形成非常復雜的數據結構，它的性能可能就無法保證。[2018/12/20]

那么，靜態分析的可行性源自哪里呢？答案藏于以下的觀察：沒錯，沒有一個算法能夠準確地給出是或否，但可以有一個算法在程序有安全漏洞時總是會回答「是」，在程序沒有安全漏洞時算法有時可能也會回答「是」。換句話說，只要我們愿意容忍一些誤報，我們就可以繞過賴斯定理和不可判定性。

國家信息技術安全研究中心主任俞克群：區塊鏈的安全問題依然存在諸多的挑戰:國家信息技術安全研究中心主任俞克群指出，對于隱私暴露、數據泄露、信息篡改、網絡詐騙等問題，區塊鏈的出現給人們帶來了很多期望。但區塊鏈的安全問題依然存在諸多的挑戰。俞克群表示，目前區塊鏈還處在初級階段，存在著密碼算法的安全性、協議安全性、使用安全性、系統安全性等諸多的挑戰。風險不僅來自于外部有意的惡意攻擊，也有可能來自區塊鏈本身體系內生的原因。如何圍繞著整個區塊鏈的應用系統的設備、數據、應用、加密、認證以及權限等等方面構筑一個完整的安全應用體系，是各方必須要面臨的重要問題。[2018/5/17]

讓我們以高一維度的視角來看看靜態分析是如何運作的。靜態分析的基本原理是將程序所處的狀態集合進行過近似「over-approximate」。我們將程序狀態視為從變量到值的映射。一般來說，不存在一個算法能夠明確也許是執行某一程序引起的確切程序狀態集。但可以近似該集合，如下圖所示：

鏈英區塊鏈CTO解旻：中心化交易所最大的問題是安全問題:在由sharex基金會主辦，GBLS、COINCLUB協辦的《區動世界 鏈接未來-區塊鏈應用項目分享會》上，鏈英區塊鏈CTO解旻分享了區塊鏈交易所的現狀與未來，解旻認為，目前交易所最大的問題是中心化服務所帶來的安全問題；同時，對于新交易所而言，TOP10的交易所日交易量已經達到1000億，流量十分集中。解總認為，隨著DAPP的落地應用，其應用所帶來的價值將凸顯；同時，從技術層面來說，分布式跨鏈是下一代交易所的核心技術，只有實現了分布式跨鏈，每一筆交易才會記錄在鏈上。[2018/5/5]

此處，藍色的不規則形狀對應在執行某些程序時可能出現的實際狀態集，紅色區域對應預示錯誤或安全漏洞的「壞狀態」。由于不可判定性，永遠沒有一個算法能夠準確表明藍色區域到底是什么，但是我們能設計一個算法以系統性的方式過近似這個藍色區域，如上面常規綠色區域所示。只要綠色和紅色的交集為空，我們就有證據證明程序沒有做壞事。然而，如果我們的過近似不夠不準確，可能會使得紅色區域重疊，即使藍色和紅色區域的交集依舊為空，如下圖所示：

這種情況會導致所謂的「誤報」，由于分析與真實問題不相應而報告的虛假錯誤。一般而言，靜態分析的圣杯是構造過近似，即 （1）過近似足夠準確因此我們在實際中不會獲得很誤報 （2）過近似的計算足夠有效率，因此分析可擴展到我們所關心的現實世界的程序。

附帶說明一下，還可以設計靜態分析算法來近似如下所示的程序行為：

在此情況下，綠色區域（通過靜態分析計算）包含在藍色區域內（表示實際狀態），和另一種方式正好相反。這種分析是不可靠的，意味著可能會漏掉真正的程序錯誤：正如我們在上圖所看到的那樣，綠色和紅色的交集為空，因此即使程序真的存在漏洞，分析也不會報告問題。這會導致所謂的假陰性，真正的漏洞被靜態分析給遺漏了。

大體來說，如果我們想獲得可證明的安全性，我們會想要可靠的從來不會有誤報的靜態分析器，同時還需要足夠精確，在實踐時不會報告太多誤報。然而，好消息是，幾十年的正統研究表明設計這樣的靜態分析器有可能的。下篇博文，我們會更詳細地介紹靜態分析器具體是如何運作的！

程序分析是一種有效的能夠捕捉各種程序中安全漏洞的技術，包括區塊鏈應用程序。此外，可靠的靜態分析器的過近似程序行為能確保整個類別中不存在漏洞。

撰文：Veridise

編譯：CCC

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