如何比较两个 C 函数的相似度

1. 二进制层面比较

这是最直接但最不健壮的方法,通常只作为初步筛选

  • 字符串哈希 (MD5/SHA-256):这是最简单的方法。将函数编译后的机器码提取出来,然后计算其哈希值。
    • 优点:速度快,可以快速识别完全相同的函数
    • 缺点:非常脆弱。任何微小的改动,比如插入一条 NOP 指令、改变局部变量的顺序,都会导致哈希值完全不同。因此,它无法检测代码克隆或相似的代码
  • 模糊哈希 (Fuzzy Hashing):与传统的哈希算法不同,模糊哈希(如 ssdeepTLSH)能够生成一个代表文件或代码块结构特征的哈希值。两个哈希值之间的距离可以用来衡量它们的相似度
    • 优点:能够容忍代码中的小改动,可以发现有细微变化的函数
    • 缺点:对于较大的代码重构(如改变控制流),效果不佳

2. 结构层面比较

这种方法比二进制比较更抽象,对编译器的影响和一些代码改动不敏感

  • 控制流图 (Control Flow Graph, CFG) 比较
    • 方法:将每个函数表示为一个控制流图,其中节点是基本块(一系列没有跳转的连续指令),边代表控制流。比较两个函数的相似度就变成了比较它们 CFG 的结构相似度。这通常通过图匹配算法来实现,比如子图同构或图编辑距离(graph edit distance)
    • 优点:非常健壮。它对寄存器分配、指令顺序等改动不敏感。如果两个函数的逻辑结构相同,即使它们用不同的编译器编译,CFG 也会非常相似
    • 缺点:算法复杂,计算量大,尤其是在面对大型函数时
  • 函数特征向量 (Function Feature Vectors)
    • 方法:为每个函数提取一系列特征,并将其表示为一个向量。这些特征可以包括:
      • 基本块数量
      • 指令数量
      • 算术指令、逻辑指令、跳转指令的比例
      • 循环嵌套深度
      • 函数调用的数量和类型
    • 优点:将函数简化为数值向量,可以使用简单的距离度量(如欧几里得距离或余弦相似度)进行快速比较,非常适合大规模数据集
    • 缺点:丢失了结构信息。两个结构完全不同的函数可能会有相似的特征向量,反之亦然

3. 语义层面比较

这是最强大但也是最困难的方法,旨在比较函数的行为和功能,而不是其形式

  • 抽象语法树 (Abstract Syntax Tree, AST) 比较
    • 方法:将源代码或反编译代码解析成抽象语法树。比较两个函数的相似度就变成了比较它们 AST 的结构。这通常通过树编辑距离(tree edit distance)算法来实现
    • 优点:高度抽象,对变量名、代码格式等变化完全免疫,能够准确反映代码的逻辑结构
    • 缺点:依赖于高质量的反编译器,并且 AST 比较算法同样非常耗时
  • 污点分析 (Taint Analysis) 或数据流分析
    • 方法:分析函数的输入如何影响其输出。如果两个函数在给定相同输入时产生相同的输出,并且内部数据流路径相似,它们就是相似的
    • 优点:能够发现功能上完全相同的代码,即使它们的实现方式天差地别
    • 缺点:非常复杂,很难自动化,且无法处理所有情况
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