Analisando WebAssembly: Garantindo Execução Segura de Código

WebAssembly é um novo formato de código que roda em navegadores e em outros dispositivos. O principal objetivo dele é ser rápido e funcionar em diferentes tipos de dispositivos. Ele tá ficando popular porque permite que os programas rodem de forma mais suave, especialmente aqueles que precisam de muito poder de processamento, como videogames ou streaming de vídeo. Mas, como ele pode ser usado sem um navegador, tem alguns riscos. Pessoas mal-intencionadas podem usar WebAssembly pra esconder software prejudicial, como ferramentas que roubam poder de processamento pra tarefas como mineração de criptomoeda.

Isso gerou uma necessidade crescente por ferramentas que garantam que o código WebAssembly seja seguro. Muitos pesquisadores estão trabalhando em maneiras de verificar se o código faz o que deveria, sem causar problemas de segurança. Um aspecto importante dessa verificação é chamado de grafo de chamadas. Um grafo de chamadas é uma representação visual de como as funções em um programa interagem entre si. Ele mostra quais funções chamam outras, dando uma visão clara da estrutura do programa.

#O que é um Grafo de Chamadas?

Um grafo de chamadas é um grafo direcionado onde cada nó representa uma função em um programa. Uma aresta entre dois nós indica que uma função faz uma chamada para outra. Grafo de chamadas ajuda a entender os programas e é essencial pra muitos tipos de análise de programas.

Porém, construir um grafo de chamadas exato pode ser complicado. Muitas vezes, isso envolve fazer suposições educadas sobre Chamadas de Função, que podem incluir chamadas reais e chamadas adicionais que podem não acontecer. Essa superaproximação é comum porque é mais fácil de trabalhar do que tentar identificar cada chamada específica.

Em WebAssembly, as chamadas de função são feitas usando comandos específicos. Um comando é o operador de chamada, que chama uma função diretamente. O outro é o operador call_indirect, que é menos direto e é parecido com chamar uma função usando sua posição em uma lista. Esse método indireto é onde as complicações podem surgir, dificultando a manutenção da precisão ao construir um grafo de chamadas.

#O Desafio de Construir Grafos de Chamadas

Os módulos WebAssembly são projetados pra trabalhar com o ambiente no qual eles rodam. Às vezes, o ambiente externo pode mudar coisas que afetam como o código WebAssembly se comporta. Por exemplo, se o ambiente anfitrião mudar uma tabela de referências de função, isso pode criar incerteza no grafo de chamadas. Isso dificulta a análise precisa do código pelas ferramentas.

Pra simplificar as coisas, assumimos que o módulo WebAssembly que está sendo examinado é autossuficiente. Assim, podemos focar em construir um grafo de chamadas completo sem nos preocupar com interações externas.

#Interpretação Abstrata: Um Método de Análise

Uma maneira de analisar as funções de um programa é através de um método chamado interpretação abstrata. Essa abordagem nos permite inferir propriedades sobre um programa sem precisar verificar todos os caminhos possíveis. Em vez de olhar todos os detalhes específicos, a interpretação abstrata fornece uma visão mais ampla, o que pode simplificar o processo de análise.

Quando fazemos interpretação abstrata, criamos um modelo simplificado do que o programa faz. Esse modelo pode não capturar todos os detalhes, mas ajuda a identificar comportamentos importantes, como onde os erros podem ocorrer. Por exemplo, pode ajudar a encontrar problemas como divisão por zero ou uso de ponteiro nulo.

#A Estrutura do WebAssembly

WebAssembly é uma versão mais simples da linguagem assembly, especificamente projetada para a web. Ele tem um número limitado de instruções, o que torna mais fácil de trabalhar. Programas compilados em WebAssembly rodam em uma máquina virtual, parecido com como aplicações Java rodam na Java Virtual Machine. Esse setup permite que o WebAssembly funcione em várias plataformas diferentes, desde que uma máquina virtual compatível esteja disponível.

Em WebAssembly, o Fluxo de Controle é gerenciado através de instruções de salto rotuladas, que mantêm o controle de como o programa se move entre diferentes pontos. Esse fluxo previsível ajuda a gerar grafos de controle de fluxo precisos, que são essenciais para entender como as funções interagem.

#Trabalhando com Chamadas de Funções

Quando se trata de chamadas de função em WebAssembly, há diferentes métodos usados. Como mencionado antes, o operador de chamada chama uma função diretamente, enquanto o operador call_indirect requer mais cuidado devido à sua dependência de tabelas de funções. Essa complexidade complica a construção de grafos de chamadas porque é essencial saber os valores na pilha ao usar call_indirect.

Muitas ferramentas que trabalham com WebAssembly tentam adivinhar chamadas de função analisando os tipos envolvidos. No entanto, sem um rastreamento mais detalhado dos valores da pilha, essas ferramentas podem perder conexões importantes entre funções.

#Melhorando a Precisão na Construção de Grafos de Chamadas

Pra criar um grafo de chamadas mais preciso pro WebAssembly, é necessário monitorar os valores que estão na pilha durante chamadas indiretas. Esse processo melhora a precisão do grafo de chamadas, levando a resultados mais confiáveis ao analisar o código.

Diferentes estudos têm analisado como construir grafos de chamadas sólidos e precisos pro WebAssembly. Infelizmente, alcançar tanto solidez quanto precisão é desafiador. Alguns métodos priorizam um em detrimento do outro, o que pode levar a análises menos confiáveis.

#Ferramentas pra Analisar WebAssembly

Existem várias ferramentas disponíveis pra analisar código WebAssembly. Algumas dessas ferramentas focam em interpretação abstrata pra derivar informações úteis sobre o código. Por exemplo, uma dessas ferramentas, chamada Sturdy, tem como objetivo produzir grafos de chamadas, mas depende de modelos mais simples, que podem afetar a precisão dos seus resultados.

Outra ferramenta, Wassail, usa interpretação abstrata pra realizar análise de taint. A análise de taint verifica como a informação flui através de um programa, o que pode ajudar a identificar potenciais problemas de segurança.

Estamos também desenvolvendo um novo interpretador abstrato especificamente para WebAssembly. Essa ferramenta é projetada pra criar grafos de chamadas precisos e pode ser expandida pra análises adicionais.

#Modelos Semânticos em WebAssembly

Ao criar uma ferramenta pra analisar WebAssembly, é crucial estabelecer um modelo claro de como a linguagem funciona. Modelos semânticos delineiam o significado por trás do código e como ele opera. Ao definir um modelo semântico, podemos entender melhor o fluxo de dados e as interações de função dentro do WebAssembly.

Nossa abordagem inclui definir tanto semânticas concretas quanto abstratas pra uma versão simplificada do WebAssembly. Isso inclui um método chamado semântica de continuação que ajuda a controlar o fluxo de execução. Usando esse método, podemos criar interpretações mais úteis do código WebAssembly.

#Conclusão

WebAssembly representa uma ferramenta poderosa pra rodar código rápido e eficiente em diferentes plataformas. No entanto, os riscos de segurança e as complexidades ligadas ao seu uso exigem uma análise cuidadosa. Ao construir grafos de chamadas precisos e aplicar métodos como a interpretação abstrata, podemos entender melhor a estrutura do WebAssembly e garantir que seu uso continue seguro.

À medida que a pesquisa avança nessa área, ferramentas e métodos mais eficazes vão surgir, levando a aplicações WebAssembly mais seguras que mantenham os benefícios de performance para os quais foram projetadas.