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近日，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所團(tuán)隊(duì)提出了基于軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的高性能多標(biāo)簽數(shù)據(jù)流分析方案，為解決實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)流分析性能瓶頸提供了新思路。

數(shù)據(jù)流分析是軟件分析的基礎(chǔ)性方法之一，廣泛用于軟件安全性分析、漏洞挖掘等研究。當(dāng)前主流的數(shù)據(jù)流分析方案多為單標(biāo)簽分析，僅能判斷數(shù)據(jù)是否來(lái)源于被標(biāo)記的數(shù)據(jù)源，而無(wú)法區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)具體來(lái)源的字節(jié)位置。在需要細(xì)粒度追蹤的場(chǎng)景中，必須明確程序中每個(gè)受影響字節(jié)的具體來(lái)源，因而需要多標(biāo)簽分析能力。但是，實(shí)現(xiàn)多標(biāo)簽分析需重新設(shè)計(jì)標(biāo)簽的記錄、管理與計(jì)算機(jī)制，其復(fù)雜度高于單標(biāo)簽方案，且缺乏能適用于大規(guī)模軟件系統(tǒng)的解決方案。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出了軟硬件系統(tǒng)結(jié)合的多標(biāo)簽分析方案MulcoTaint。該方案基于CPU流水線(xiàn)和協(xié)處理器架構(gòu)，將程序執(zhí)行邏輯和數(shù)據(jù)流分析邏輯分離，并通過(guò)將數(shù)據(jù)流標(biāo)簽計(jì)算向量化，利用專(zhuān)用協(xié)處理器進(jìn)行硬件加速。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)在軟件層面設(shè)計(jì)了配套機(jī)制，使其能夠支持二進(jìn)制/源碼的字節(jié)級(jí)多標(biāo)簽數(shù)據(jù)流分析。

研究團(tuán)隊(duì)面向RISC-V指令集，基于開(kāi)源RISC-V處理器與SoC生成框架Rocket Chip，在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）上完成MulcoTaint方案并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，MulcoTaint的平均性能開(kāi)銷(xiāo)僅為T(mén)aintRabbit工具的1/136，是PANDA系統(tǒng)平均性能開(kāi)銷(xiāo)的1/1117，顯著提升了數(shù)據(jù)流分析能力和效率。

未來(lái)，MulcoTaint方案有望被引入到處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)中，為新型程序分析能力和安全機(jī)制設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)性支撐。

相關(guān)論文被網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議USENIX Security 2026錄用。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

MulcoTaint分析系統(tǒng)架構(gòu)

MulcoTaint分析性能效果