تحليل البرنامج الساكن

يختلف مدى تطور التحليل الذي تنفذه الأدوات من التي تبحث في سلوك التعليمات والتصريحات الفردية فقط، إلى التي تتضمن الكود المصدري الكامل للبرنامج في تحليلها.  تختلف استخدامات المعلومات الناتجة عن التحليل من تميز أخطاء الترميز المحتملة (مثل، أداة لنت) إلى الأساليب الرسمية التي تثبت رياضيًا خواص برنامج معين (يتوافق سلوكه مع مواصفاته مثلًا).

يمكن وصف المقاييس البرمجية والهندسة العكسية كأشكال من التحليل الساكن. يتزايد نشر المقاييس البرمجية المشتقة والتحليل الساكن معًا، خاصةً في إنشاء أنظمة مضمنة، من خلال تعريف ما يسمى أهداف جودة البرمجيات.^[2]

هناك استخدام تجاري متزايد للتحليل الساكن في التحقق من خصائص البرمجيات المستخدمة في الأنظمة الحاسوبية الحساسة للسلامة وتحديد موقع الكود الضعيف المحتمل. مثلًا، حددت الصناعات التالية استخدام تحليل الكود الساكن كوسيلة لتحسين نوعية البرمجيات المعقدة والمتطورة بصورة متزايدة:^[3]

1. البرمجيات الطبية: حددت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (إف دي إيه) استخدام التحليل الساكن للأجهزة الطبية.^[4]
2. البرمجيات النووية: يوصي مكتب التنظيم النووي في المملكة المتحدة باستخدام التحليل الساكن لأنظمة حماية المفاعل.^[5]
3. برمجيات الطيران (إلى جانب التحليل الديناميكي).^[6]

أشارت دراسة أجرتها شركة فيّ دي سي ريسيرش عام 2012 إلى أن 28.7% من مهندسي البرمجيات المضمنة المشمولين بالاستقصاء يستخدمون حاليًا أدوات التحليل الساكن ومن المتوقع أن يستخدمه 39.7% في غضون عامين. وجدت دراسة من عام 2010 أن 60% من المطورين الذين جرت مقابلتهم في مشاريع بحثية أوروبية استفادوا على الأقل من برامج التحليل الساكن المدمجة في بيئة التطوير المتكامل الخاصة بهم. واستخدم نحو 10% فقط أداة تحليل أخرى (ربما أكثر تطوراً).^[7][8]

يستخدم في مجال صناعة أمن التطبيقات أيضًا ما يسمى اختبار أمن التطبيقات الساكن (إس إيه إس تي). يعتبر اختبار أمن التطبيقات الساكن جزءًا مهمًا من دورة حياة تطوير الأمن (إس دي إل) مثل دورة حياة تطوير الأمن من مايكروسوفت، وهو ممارسة شائعة في شركات البرمجيات.^[9][10]

نشرت مجموعة إدارة الهدف (أو إم جي) دراسة تتعلق بأنواع تحليل البرمجيات المطلوب لقياس جودة البرمجيات وتقييمها. يصف هذا المستند عن «كيفية تسليم أنظمة تكنولوجيا معلومات المرنة والآمنة والفعالة وسهلة التغيير وفقًا لتوصيات اتحاد جودة برمجيات تكنولوجيا المعلومات (سي إس آي كيو)» ثلاثة مستويات من تحليل البرمجيات.^[11]

مستوى الوحدة

التحليل الذي يتم داخل برنامج أو روتين فرعي معين، دون الاتصال بسياق ذلك البرنامج.

المستوى التقني

التحليل الذي يراعي التفاعلات بين برامج الوحدة للحصول على رؤية أكثر شمولية ودلالية للبرنامج الكلي للعثور على المشاكل وتجنب النتائج الإيجابية الزائفة الواضحة. مثلًا، يمكن تحليل حزمة تقنية أندرويد بشكل ساكن للعثور على أخطاء الأذونات.^[12]

مستوى النظام

التحليل الذي يراعي التفاعلات بين برامج الوحدة، لكن دون تقيد بتقنية أو لغة برمجة واحدة محددة.

يمكن تعريف مستوى آخر من تحليل البرمجيات.

مستوى المهمة/العمل

التحليل الذي يراعي مصطلحات وقواعد وعمليات طبقة العمل/المهمة المنفذة  ضمن نظام البرمجيات لتشغيله كجزء من أنشطة طبقة المؤسسة أو البرنامج/المهمة. تُنفذ هذه العناصر دون تقيدها بتكنولوجيا أو لغة برمجة محددة، وتوزع في حالات كثيرة على لغات متعددة، لكنها تُستخرج وتُحلل بشكل ساكن لفهم النظام وبالتالي لضمان المهمة.

الأساليب الشكلية هي المصطلح المطبق على تحليل البرمجيات (والعتاد الحاسوبي) الذي تُستخدم أساليب رياضية دقيقة حصرًا للحصول على نتائجه. تشمل التقنيات الرياضية المستخدمة دلالات ترميزية، ودلالات بديهية، ودلالات تشغيلية والتفسير المجرد.

يمكن من خلال الحد المباشر لمسألة التوقف، إثبات أن عثور (أي لغة كاملة حسب تورينغ) على جميع أخطاء زمن التنفيذ المحتملة في برنامج كيفي (أو أي نوع من خرق المواصفات في النتيجة النهائية للبرنامج عمومًا) غير قابل للحسم: لا توجد طريقة آلية يمكنها دائمًا الإجابة بصدق عمّا إذا كان البرنامج الكيفي سيظهر أو لن يظهر أخطاء زمن التنفيذ. تعود هذه النتائج إلى أعمال تشرتش وغودل وتورنغ في ثلاثينيات القرن العشرين (انظر: مسألة التوقف ونظرية رايس). مثل العديد من الأسئلة غير القابلة للحسم، يمكن محاولة تقديم حلول تقريبية مفيدة.

تتضمن بعض تقنيات تنفيذ التحليل الساكن الشكلي ما يلي:^[13]

• التفسير المجرد، لنمذجة تأثير كل تعليمة على حالة الآلة المجردة (أي «يُنفذ» البرمجيات بناءً على الخصائص الرياضية لكل تعليمة وتصريح). تقارب هذه الآلة المجردة سلوكيات النظام بشكل مفرط: وبالتالي يصبح نظام المجرد أسهل في التحليل، على حساب عدم الاكتمال (ليس كل خاصية حقيقية في النظام الأصلي حقيقة في النظام المجرد). ولكن إذا أُجري التفسير المجرد على النحو الصحيح يكون سليمًا (يمكن تعيين كل خاصية حقيقية للنظام التجريدي إلى خاصية حقيقية للنظام الأصلي). يعتمد ملحق تحليل قيمة إطار التحليل المعياري لبرامج سي (فريما سي). وأداة التحليل بوليسبيس بشدة على التفسير المجرد.^[14]
• تحليل تدفق البيانات، تقنية تعتمد على الشبكية لجمع المعلومات عن مجموعة القيم المحتملة؛
• منطق هور، نظام شكلي مع مجموعة من القواعد المنطقية للتفكير بدقة حول صحة برامج الحاسوب. يوجد أداة دعم لبعض الغات البرمجة (مثل لغة البرمجة سبارك (مجموعة فرعية من لغة البرمجة أيدا) ولغة جافا للنمذجة -جاي إم إل- باستخدام المدقق الساكن الموسع للجافا  (إي إس سي/ جافا) والمدقق الساكن الموسع لجافا 2 ومحلق إطارالتحليل المعياري لبرامج سي ذات الشرط المسبق الأضعف (دبليو بّي) للغة سي الموسعة بلغة المحاكاة المستمرة المتقدمة إيه سي إس إل (لغة مواصفات سي حسب المعهد الوطني الأمريكي للمعايير/آيزو).
• التحقق من النموذج، يراعي الأنظمة ذات الحالات المنتهية أو يمكن اختزالها إلى حالة منتهية عن طريق التجريد؛
• التنفيذ الرمزي، مستخدم أيضًا لاشتقاق العبارات الرياضية التي تمثل قيمة المتغيرات المتحولة عند نقاط معينة في الكود.

يستخدم التحليل الساكن المساق بالبيانات كميات كبيرة من التعليمات البرمجية لاستنتاج قواعد الترميز. مثلًا، يمكن استخدام جميع حزم جافا مفتوحة المصدر في موقع غيت هاب لتعلم إستراتيجية تحليل جيدة. يمكن لقاعدة الاستدلال أن تستخدم تقنيات التعلم الآلي. فمثلُا، تبين أنه عندما ينحرف كثيرًا عن طريقة استخدام واجهة برمجة التطبيقات كائنية التوجه، فمن المحتمل أن يكون هذا خطأ برمجي. من الممكن أيضًا التعلم من الإصلاحات والتحذيرات السابقة الكثيرة.^[15][16][17]

• علم الدلالة الشكلي