Применение статической инструментации байт-кода языка Java для динамического анализа программ

В статье описывается подход к проведению статической инструментации байт-кода языка Java, которая используется для динамического анализа с целью поиска ошибок и уязвимостей, и их реализация в инструменте Coffee Machine.
В статье приводятся отличия методов динамического анализа от методов статического анализа. Рассмотрены особенности анализа программ, написанных на языке Java или транслируемых в Java байт-код. Описываются принципы проведения анализа и генерации входных данных для покрытия ранее не пройденных базовых блоков при помощи отслеживания потока помеченных данных, построения ограничений пути и проверки их выполнимости. Рассмотрены основные способы динамической и статической инструментации программ, приведены достоинства и недостатки подходов в рамках требований возможности проведения анализа на виртуальных машинах, интерпретирующих байт-код формата, отличного от формата Java Virtual Machine, а также обеспечения отсутствия привязки к исходному коду анализируемой программы.
На примере инструмента динамического анализа Coffee Machine показано использование статической инструментации для печати информации о выполнившихся инструкциях, отслеживания помеченных данных, построения ограничений пути выполнения, а также для построения трассы синхронизационных событий. Описаны основные особенности инструментации условных переходов и инструкций вызова метода. Также в статье приводятся ограничения выбранного метода и возможные способы обхода этих ограничений при помощи симуляции работы методов.