55AA-010

程序分析

层级
本科生
状态
建设中

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教学大纲

课程概览

程序分析课程研究如何自动理解程序行为。课程覆盖控制流、数据流、抽象解释、指针分析、符号执行、约束求解和静态安全检查,并要求学生实现一个能分析真实小程序的工具。

这是软件安全、系统安全和协议验证之间的算法与工具桥梁。

先修要求

  • 编译原理或等价的 AST/IR 基础。
  • 离散数学和基本算法。
  • 熟悉一种可用于实现分析器的语言。

学习目标

  • 构造 CFG、调用图和数据流事实。
  • 实现经典数据流分析和抽象解释。
  • 理解精度、可扩展性和健全性的取舍。
  • 使用约束求解或符号执行发现路径问题。
  • 设计一个静态安全检查器并评估误报漏报。

教学组织

  • 每周 2 次课堂:一次讲授核心概念,一次用于实验、论文讨论或项目评审。
  • 课程按 16 周推进,每周都有可检查的作业、实验或项目里程碑。
  • 强调可复现材料:代码、配置、数据、实验日志和报告需要能被助教或同学复查。

周计划

第 2 周

程序表示和分析问题实验与评审

构造 AST、IR 和 CFG。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 4 周

数据流分析框架实验与评审

实现活跃变量或到达定义分析。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 6 周

抽象解释和格实验与评审

实现区间或符号集合分析。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 8 周

指针、别名和堆抽象实验与评审

比较上下文敏感与不敏感分析。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 10 周

过程间分析和调用图实验与评审

扩展分析器处理函数调用。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 12 周

符号执行和约束求解实验与评审

生成触发特定路径的输入。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 14 周

安全检查和告警排序实验与评审

实现一个 taint 或 API misuse 检查。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

第 16 周

分析工具评估实验与评审

提交 benchmark、误报分析和改进计划。完成配套实验、记录问题,并在课堂评审中解释设计取舍。

考核方式

个人作业

概念题、阅读题、设计题和小型编程或实验任务。

25%
实验与项目

分析器实现、benchmark、告警评估和报告。

40%
课堂参与与评审

参与讨论、演示、代码或论文评审,以及同伴反馈。

10%
期末报告与答辩

提交可复现材料、技术报告和演示,说明方法、结果、限制与后续工作。

25%

课程项目

项目要求实现一个面向真实代码片段的静态分析器或符号执行工具,给出算法说明、benchmark、误报漏报分析和使用文档。

课程政策

  • 允许使用 AI 工具,但所有生成代码、实验记录和设计建议必须经过学生本人审查,并在报告中说明使用方式。
  • 严禁提交不能解释的代码、证明、配置或实验结果;答辩时每名成员都需要解释自己负责部分的设计、测试和取舍。
  • 迟交会影响迭代评分,但课程更看重可复现、可审计和可维护的结果,而不是临时堆砌。

参考课程