Analizzando WebAssembly: Garantire un'esecuzione sicura del codice

WebAssembly è un nuovo formato per il codice che gira nei browser e su altri dispositivi. Il suo scopo principale è essere veloce e funzionare su diversi tipi di dispositivi. Sta diventando popolare perché permette ai programmi di girare in modo più fluido, specialmente quelli che richiedono molta potenza di elaborazione, come i videogiochi o lo streaming video. Tuttavia, visto che può essere usato senza un browser, presenta alcuni rischi. Malintenzionati potrebbero usare WebAssembly per nascondere software dannoso, come uno strumento che ruba potenza di elaborazione per compiti come il mining di criptovalute.

Questo ha portato a una crescente necessità di strumenti che garantiscano che il codice WebAssembly sia sicuro. Molti ricercatori stanno lavorando su modi per verificare che il codice faccia ciò per cui è stato progettato senza causare problemi di sicurezza. Un aspetto importante di questa verifica si chiama grafo delle chiamate. Un grafo delle chiamate è una rappresentazione visiva di come le funzioni in un programma interagiscono tra loro. Mostra quali funzioni chiamano altre, fornendo un quadro chiaro della struttura del programma.

#Che cos'è un Grafo delle Chiamate?

Un grafo delle chiamate è un grafo diretto in cui ogni nodo rappresenta una funzione in un programma. Un arco tra due nodi indica che una funzione chiama un'altra. I grafi delle chiamate aiutano a capire i programmi ed sono essenziali per molti tipi di analisi dei programmi.

Tuttavia, costruire un grafo delle chiamate preciso può essere complicato. Spesso comporta fare ipotesi educate sulle chiamate alle funzioni, che possono includere sia chiamate effettive che altre chiamate che potrebbero non avvenire. Questa sovra-approssimazione è comune perché è più facile da gestire piuttosto che cercare di individuare ogni singola chiamata.

In WebAssembly, le chiamate alle funzioni vengono effettuate utilizzando comandi specifici. Un comando è l'operatore di chiamata, che chiama una funzione direttamente. L'altro è l'operatore call_indirect, che è meno diretto ed è simile a chiamare una funzione utilizzando la sua posizione in una lista. Questo metodo indiretto è dove possono sorgere complicazioni, rendendo più difficile mantenere precisione nella costruzione di un grafo delle chiamate.

#La Sfida nella Costruzione dei Grafi delle Chiamate

I moduli WebAssembly sono progettati per lavorare con l'ambiente in cui girano. A volte, l'ambiente esterno può cambiare le cose che influenzano il comportamento del codice WebAssembly. Ad esempio, se l'ambiente host cambia una tabella di riferimenti a funzioni, può creare incertezze nel grafo delle chiamate. Questo rende difficile per gli strumenti analizzare il codice in modo accurato.

Per semplificare le cose, assumiamo che il modulo WebAssembly in esame sia autonomo. In questo modo, possiamo concentrarci sulla costruzione di un grafo delle chiamate completo senza preoccuparci delle interazioni esterne.

#Interpretazione Astratta: Un Metodo di Analisi

Un modo per analizzare le funzioni di un programma è attraverso un metodo chiamato interpretazione astratta. Questo approccio ci consente di inferire proprietà su un programma senza dover controllare ogni possibile percorso. Invece di guardare a tutti i dettagli specifici, l'interpretazione astratta offre una visione più ampia, il che può semplificare il processo di analisi.

Quando eseguiamo l'interpretazione astratta, creiamo un modello semplificato di ciò che fa il programma. Questo modello potrebbe non catturare ogni dettaglio, ma aiuta a identificare comportamenti importanti, come dove potrebbero verificarsi errori. Ad esempio, può aiutare a trovare problemi come la divisione per zero o l'uso di un puntatore nullo.

#La Struttura di WebAssembly

WebAssembly è una versione semplificata del linguaggio assembly, progettata specificamente per il web. Ha un numero limitato di istruzioni, il che lo rende più facile da gestire. I programmi compilati in WebAssembly girano su una macchina virtuale, simile a come le applicazioni Java girano sulla Java Virtual Machine. Questa configurazione consente a WebAssembly di funzionare su molte piattaforme diverse finché è disponibile una macchina virtuale compatibile.

In WebAssembly, il Flusso di Controllo è gestito tramite istruzioni di salto etichettate, che tengono traccia di come il programma si sposta tra diversi punti. Questo flusso prevedibile aiuta a generare grafi di flusso di controllo accurati, fondamentali per capire come le funzioni interagiscono.

#Lavorare con le Chiamate alle Funzioni

Quando si tratta di chiamate alle funzioni in WebAssembly, ci sono diversi metodi usati. Come accennato prima, l'operatore di chiamata chiama una funzione direttamente, mentre l'operatore call_indirect richiede più attenzione a causa della sua dipendenza dalle tabelle delle funzioni. Questa complessità complica la costruzione dei grafi delle chiamate, perché è essenziale conoscere i valori sulla stack quando si usa call_indirect.

Molti strumenti che lavorano con WebAssembly cercano di indovinare le chiamate alle funzioni esaminando i tipi coinvolti. Tuttavia, senza un monitoraggio più dettagliato dei valori sulla stack, questi strumenti possono perdere connessioni importanti tra le funzioni.

#Migliorare la Precisione nella Costruzione dei Grafi delle Chiamate

Per creare un grafo delle chiamate più preciso per WebAssembly, è necessario monitorare i valori presenti sulla stack durante le chiamate indirette. Questo processo migliora l'accuratezza del grafo delle chiamate, portando a risultati più affidabili nell'analisi del codice.

Diverse ricerche hanno esaminato come costruire grafi delle chiamate solidi e precisi per WebAssembly. Sfortunatamente, raggiungere sia la solidità che la precisione è una sfida. Alcuni metodi danno priorità a uno rispetto all'altro, il che può portare ad analisi meno affidabili.

#Strumenti per Analizzare WebAssembly

Ci sono vari strumenti disponibili per analizzare il codice WebAssembly. Alcuni di questi strumenti si concentrano sull'interpretazione astratta per derivare informazioni utili sul codice. Ad esempio, uno strumento chiamato Sturdy mira a produrre grafi delle chiamate, ma si basa su modelli più semplici, il che potrebbe influenzare la precisione dei suoi risultati.

Un altro strumento, Wassail, utilizza l'interpretazione astratta per eseguire analisi di taint. L'analisi di taint verifica come le informazioni fluiscono attraverso un programma, il che può aiutare a identificare potenziali problemi di sicurezza.

Stiamo anche sviluppando un nuovo interprete astratto specificamente per WebAssembly. Questo strumento è progettato per creare grafi delle chiamate accurati e può essere ampliato per ulteriori analisi.

#Modelli Semantici in WebAssembly

Quando si crea uno strumento per analizzare WebAssembly, è fondamentale stabilire un modello chiaro di come funziona il linguaggio. I modelli semantici delinea il significato dietro il codice e come opera. Definendo un modello semantico, possiamo capire meglio il flusso di dati e le interazioni delle funzioni all'interno di WebAssembly.

Il nostro approccio include la definizione sia di semantica concreta che astratta per una versione semplificata di WebAssembly. Questo include un metodo chiamato semantica di continuazione che aiuta a controllare il flusso di esecuzione. Usando questo metodo, possiamo creare interpretazioni più utili del codice WebAssembly.

#Conclusione

WebAssembly rappresenta uno strumento potente per eseguire codice veloce ed efficiente su diverse piattaforme. Tuttavia, i rischi per la sicurezza e le complessità legate al suo utilizzo richiedono un'analisi attenta. Costruendo grafi delle chiamate precisi e applicando metodi come l'interpretazione astratta, possiamo comprendere meglio la struttura di WebAssembly e garantire che il suo utilizzo rimanga sicuro.

Man mano che la ricerca continua in questo ambito, emergeranno strumenti e metodi più efficaci, portando a applicazioni WebAssembly più sicure che mantengono i vantaggi di prestazione per cui sono stati progettati.