Development of the dynamic symbolic execution virtual machine for Java and Kotlin programming languages

Abstract

Данный диплом представляет собой разработку и внедрение виртуальной машины динамического символьного исполнения для языков программирования Java и Kotlin. Данная виртуальная машина основана на уже разработанном символьном движке и прототипе подсистемы конкретного исполнения UnitTestBot, инструмента для автоматической генерации тестов, и интегрирована в него для улучшения эффективности и надежности генерации тестов. Процесс разработки включал проведение обзора существующих инструментов, основанных на динамическом символьной исполнении, изучение структуры и кодовой базы инструмента UnitTestBot, разработку и реализацию архитектуры подсистемы конкретного исполнения на базе прототипа, а также ее интеграцию для создания виртуальной машины для динамического символьного исполнения. Целью было определить, может ли виртуальная машина улучшить генерацию тестов путем увеличения покрытия кода и сокращения числа некорректных и ненадежных тестов. Результаты реализации показывают, что реализованный подход значительно сокращает число неправильных тестов, не уменьшая покрытие кода. Более того, в рамках данного диплома были получены новые возможности для разработки и реализации новых подсистем и алгоритмов для улучшения качества UnitTestBot, таких как модули фаззинга и минимизации. А также представлены результаты участия UnitTestBot c реализованной подсистемой конкретного исполнения в соревновании SBFT 2023, где инструмент показал высокие результаты.

This diploma thesis presents the development and implementation of the dynamic symbolic execution virtual machine for the Java and Kotlin programming languages. This virtual machine is based on the already developed symbolic engine and the prototype of the concrete execution subsystem of UnitTestBot, an automatic test generation tool, and is integrated into it to improve the efficiency and reliability of test generation. The development process involved reviewing existing tools based on dynamic symbolic execution, studying the structure and codebase of the UnitTestBot tool, developing and implementing the architecture of the concrete execution subsystem based on the prototype, and integrating it to create a virtual machine for dynamic symbolic execution. The aim was to determine whether the virtual machine could improve test generation by increasing code coverage and reducing the number of incorrect and unreliable tests. The implementation results show that the approach significantly reduces the number of incorrect tests without diminishing code coverage. Furthermore, this diploma thesis provides new capabilities for developing and implementing new subsystems and algorithms to enhance the quality of UnitTestBot, such as fuzzing and minimization modules. Additionally, the thesis presents the results of UnitTestBot's participation in the SBFT 2023 competition with the implemented concrete execution subsystem, where the tool demonstrated high performance.