CN109918870A - 基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置及方法，可以基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研发的信号时间生成器，度量程序代码执行的高精度延时。本发明可以突破传统延时测量设备时间精度低的限制，基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研发高精度的延时测量装置，对程序代码执行延时进行准确测量。
Description
技术领域
本发明涉及网络安全技术领域，具体涉及一种基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置及方法。
背景技术
如今，网络上的病毒、木马、恶意软件不断肆虐，尤其是各种木马、后门软件已经泛滥成灾。病毒、木马等恶意程序是指一段具有破坏性的程序代码，其在发挥作用时会产生延时，因此能够通过准确地测量程序代码执行的高精度延时，就能够在一定程度上检测恶意程序。
本申请发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术的方法，至少存在如下技术问题：
现有的程序代码执行延时测量主要是依靠一些关于计时的函数，例如System.nanoTime()，该函数可以返回程序执行中某处的一个纳秒级时间，然后通过计算程序中两处返回时间的差值得到这两处之间程序代码执行的延时。上述传统延时测量方法尽管能够测量程序代码的执行延时，但需要在程序内调用特定的时间函数进行测量，这并不适用于对无法探知程序内部构造的恶意软件的延时测量。因此，现有技术中存在不能对无法探知程序内部构造的恶意软件执行延时进行测量的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置及方法，用以解决或者至少部分解决现有技术存在的不能对无法探知程序内部构造的恶意软件执行延时进行测量的技术问题。
本发明第一方面提供了一种基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置，该装置包括：信号时戳生成器、加载有程序代码的被测设备、发包程序、收包程序以及分析程序，其中，
发包程序，用于发送指定格式的数据包；
加载有程序代码的被测设备，被用于进行执行延时的测量；
信号时戳生成器，用于对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
收包程序，用于根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
分析程序，用于根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，本发明的收包程序，具体用于：
根据预设匹配算法对于第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，获得对应的数据包；
根据匹配获得的数据包，计算相应时间戳的差值，根据差值得到对应数据包经过被测设备的延时。
在一种实施方式中，本发明的收包程序计算出的每个数据包经过被测设备的延时包括被测设备硬件处理延时和程序代码执行处理延时。
在一种实施方式中，本发明的分析程序，具体用于：
修改被测设备中的程序代码；
根据修改前后的延时数据，获得待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，本发明的分析程序，具体用于：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，本发明的分析程序还用于：
在计算延时之前，对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
在一种实施方式中，本发明的分析程序还用于：
根据设置的阈值对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤；
对过滤后的延时数据求平均值，将其作为该种程序代码条件下的最终数据包延时结果。
基于同样的发明构思，本发明第二方面提供了一种基于第一方面所述装置的延时测量方法，该方法包括：
通过发包程序发送指定格式的数据包；
通过信号时戳生成器对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
通过收包程序根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时，具体包括：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，在通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时之前，所述方法还包括：
对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明提供的基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置，包括用于发送指定格式的数据包的发包程序、被用于进行执行延时的测量的加载有程序代码的被测设备、用于对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包的信号时戳生成器、用于根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时的收包程序以及用于根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得待测程序代码的执行延时的分析程序。
相对于现有技术无法探知程序内部构造的恶意软件的延时测量而言，本发明的装置通过分析程序可以根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得待测程序代码的执行延时的分析程序，即提供了一种旁路测量程序代码执行高精度延时的技术，基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研发的信号时间生成器，度量程序代码执行的高精度延时。本发明可以突破传统延时测量设备时间精度低的限制，基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研发高精度的延时测量装置，实现对程序代码执行延时进行准确测量的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置的结构框图；
图2为应用图1中的装置进行延时测量的实施示意图；
图3为图1中所示装置进行执行延时测量的构思图；
图4为本发明实施例中基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量方法的流程图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置及方法，用以改善现有技术存在的不能对无法探知程序内部构造的恶意软件执行延时进行测量的技术问题。
本发明的主要构思如下：
提供了一种将北斗亚纳秒级高精度授时技术应用于程序代码执行延时测量装置及方法，以精准地度量程序中代码执行的延时。同时基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研发了精确到亚纳秒级定时的信号时戳生成器，用于获取程序代码执行的高精度时间。信号时戳生成器以及发包程序、收包程序、分析程序共同组成本发明装置。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供了基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置，请参见图1，该装置包括：信号时戳生成器101、加载有程序代码的被测设备102、发包程序103、收包程序104以及分析程序105，其中，
发包程序101，用于发送指定格式的数据包；
加载有程序代码的设备102，被用于进行执行延时的测量；
信号时戳生成器103，用于对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
收包程序104，用于根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
分析程序105，用于根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得待测程序代码的执行延时。
具体来说，信号时戳生成器103用于生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包；加载有程序代码的被测设备是指加载有预设程序代码的被测设备，在具体的实施过程中，被测设备可以为开发板。
发包程序是指一台计算机中可以发送指定格式数据包的程序；收包程序是指另一台计算机上接收数据包的程序，收包程序的主要功能是接收到数据包后取出每个数据包上的时间戳并进行时间差的计算；分析程序用于对每次经过收包程序处理过的大量延时数据进行计算处理，并分析比较不同程序代码条件下的数据包延时，得出相应程序代码的执行延时，收包程序和分析程序在同一台计算机上。
在不同程序代码条件下(是指被测设备中加载的程度代码不同)，计算测得数据包延时(此处的数据包延时为每种条件下大量延时数据的平均值)，将其作为待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，收包程序，具体用于：
根据预设匹配算法对于第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，获得对应的数据包；
根据匹配获得的数据包，计算相应时间戳的差值，根据差值得到对应数据包经过被测设备的延时。
具体来说，预设匹配算法用于对第一数据包集合中的数据包与第二数据包集合中的数据包进行匹配，得到对应的数据包。当收包程序接收到大量由信号时戳生成器生成的标记有亚纳秒级时间戳的数据包后，则可以根据预设匹配算法，匹配出标记有亚纳秒级时间戳的数据包，计算出对应数据包经过被测设备的高精度延时。其中，被测设备作为一个载体，上面加载了实际需要测量的程序代码，本实施方式中所使用的被测设备为一个开发板。
其中，收包程序计算出的每个数据包经过被测设备的延时包括被测设备硬件处理延时和程序代码执行处理延时。
在一种实施方式中，分析程序，具体用于：
修改被测设备中的程序代码；
根据修改前后的延时数据，获得待测程序代码的执行延时。
具体来说，由于收包程序计算出的数据包延时是某一条件下数据包通过被测设备的总延时，包括了设备硬件处理延时和程序代码执行处理延时，这个总延时是一个绝对数据。因此本发明通过修改被测设备中的程序代码，以形成不同的条件，然后测量修改前后的延时。
具体地，分析程序，具体用于：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
具体实施时，可以在原有程序代码的基础上增加或删除某些代码，经过相同的测量实验得到新条件下的数据包通过被测设备的总延时，然后计算新旧数据包延时之差，就得到了变化的代码的执行延时。
举例来说，可以在被测设备加载的程序代码中增加一条‘nop’指令代码，即修改后的程序代码在原程序代码的相同位置添加了一条‘nop’指令代码，其它所有内容完全一致，则数据包经过加载原程序代码的被测设备测得第一延时，经过加载修改后的程序代码后测得第二延时，二者的差值即为一条‘nop’指令代码的执行延时。该条‘nop’指令代码即为待测程序代码的执行延时。
为了提高测量的准确性，本发明实施例中的分析程序还用于：
在计算延时之前，对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
具体地，分析程序还用于：
根据设置的阈值对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤；
对过滤后的延时数据求平均值，将其作为该种程序代码条件下的最终数据包延时结果。
具体来说，通过分析程序对大量数据包延时程序进行处理，先对其进行初步数据过滤，过滤的主要方法是根据设置的阈值删去误差很大的数据，然后对过滤后的延时数据求平均值，得到该种程序代码条件下的最终数据包延时结果。
为了更清楚地说明本发明提供的延时测量装置的有益效果，下面通过一个具体的示例，请参见图2。
步骤1，按照测量装置实施模型搭建实验设备，包括PC1、开发板、PC2、交换机和PC3，其中，PC1上设置有发包程序，PC3上设置有收包程序和分析程序。
步骤2，PC1上的发包程序设置好数据包的格式后向PC2进行发包操作(例如，数据包大小设置为64KB，发包频率为100Hz)。当数据包0在进入被测设备之前由信号时戳生成器1检测到，并生成一个标记有当前绝对时间的亚纳秒级时间戳的数据包1，数据包0经过被测设备后，被信号时戳生成器2检测到，并生成一个标记有当前绝对时间的亚纳秒级时间戳的数据包2。
步骤3，数据包1及数据包2传送到交换机后传送到PC3，PC3上的收包程序根据预设匹配算法将数据包1和数据包2进行匹配，并计算相应时间戳的差值，得到对应数据包经过被测设备的延时。发包程序以某一频率(100Hz)持续的发送数据包，每个数据包都经过步骤3，在持续发送数据包一段时间后，收包程序计算产生了大量数据包延时数据。
步骤4，PC3上的分析程序对步骤3产生的大量数据包延时程序进行处理，先对其进行初步数据过滤，过滤的主要方法是根据设置的阈值删去误差很大的数据，然后对过滤后的延时数据求平均值，得到该种程序代码条件下的最终数据包延时结果。
步骤5，在被测设备加载的程序代码(简称原代码)的基础上增加或删除某些代码(例如添加一条“nop”指令代码)，其它都不变，将修改后的代码(简称新代码)编译并加载到开发板中，依次执行步骤1至步骤4，同样得到新程序代码条件下的数据包延时结果。计算原代码与新代码条件下的数据包延时之差，就得到了相应的代码(1条“nop”指令代码)的执行延时。
总体来说，本发明提供的测量装置，主要是构思如图3所示，通过时戳生成器标记数据包，然后通过收包程序计算出数据包经过被测设备的高精度延时，再通过分析程序分析比较不同程序代码条件下的延时数据，计算差值，得出相应变化程序代码的执行延时。
本发明实施方式提供的执行延时测量装置具有如下优点或者有益技术效果：
1、将北斗亚纳秒级高精度授时技术应用于程序代码执行延时测量，以精准地度量程序中代码的执行延时。北斗亚纳秒级高精度授时技术能够提供时间粒度为亚纳秒级的时间，同时程序代码的执行延时也处于纳秒级，因此，将前者应用于后者可以测量出高精度的程序代码执行延时。
2、基于北斗亚纳秒级高精度授时技术研制的精确到亚纳秒级定时的信号时戳生成器，该装置能够给数据包标记上亚纳秒级的高精度时间戳，利用该装置度量程序代码执行延时。
3、在加载有程序代码的设备两端分别安装一个能够做到亚纳秒级定时并根据检测到的数据包生成当前精确定时时间戳的装置，即信号时戳生成器，该装置实时监测网络中的信号，生成亚纳秒级时间戳并通过交换机发往主机，主机接收来自发送端装置和接收端装置的加有精确时间戳信息的以太网信号，通过计算得到数据包经过设备的高精度延时数据，并根据相关计算得出代码执行延迟。
基于同一发明构思，本申请还提供了与实施例一中基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置实现的测量方法，详见实施例二。
实施例二
本实施例提供了一种基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量方法，请参见图4，该方法包括：
步骤S201：通过发包程序发送指定格式的数据包；
步骤S202：通过信号时戳生成器对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
步骤S203：通过收包程序根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
步骤S204：通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时，具体包括：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
在一种实施方式中，在通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时之前，所述方法还包括：
对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
由于本发明实施例二所介绍的方法，为基于本发明实施例一中基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置所实现的方法，故而基于本发明实施例一所介绍的装置，本领域所属人员能够了解该方法的具体实施过程，故而在此不再赘述。凡是基于本发明实施例一的装置所采用的方法都属于本发明所欲保护的范围。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.基于北斗亚纳秒级高精度授时的程序代码执行延时测量装置，其特征在于，该装置包括：信号时戳生成器、加载有程序代码的被测设备、发包程序、收包程序以及分析程序，其中，
发包程序，用于发送指定格式的数据包；
加载有程序代码的被测设备，被用于进行执行延时的测量；
信号时戳生成器，用于对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
收包程序，用于根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
分析程序，用于根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得待测程序代码的执行延时。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，收包程序，具体用于：
根据预设匹配算法对于第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，获得对应的数据包；
根据匹配获得的数据包，计算相应时间戳的差值，根据差值得到对应数据包经过被测设备的延时。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，收包程序计算出的每个数据包经过被测设备的延时包括被测设备硬件处理延时和程序代码执行处理延时。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，分析程序，具体用于：
修改被测设备中的程序代码；
根据修改前后的延时数据，获得待测程序代码的执行延时。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，分析程序，具体用于：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，分析程序还用于：
在计算延时之前，对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，分析程序还用于：
根据设置的阈值对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤；
对过滤后的延时数据求平均值，将其作为该种程序代码条件下的最终数据包延时结果。
8.一种基于权利要求1至权利要求7中任一项权利要求的装置的延时测量方法，其特征在于，该方法包括：
通过发包程序发送指定格式的数据包；
通过信号时戳生成器对发包程序发送的指定格式的数据包进行标记，生成标记有亚纳秒级时间戳的数据包，其中，标记有亚纳秒级时间戳的数据包包括经过被测设备之前的第一数据包集合和经过被测设备后的第二数据包集合；
通过收包程序根据预设匹配算法对接收到的第一数据包集合和第二数据包集合中的数据包进行匹配，计算出每个数据包经过被测设备的延时；
通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时，具体包括：
将收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第一延时；
将修改被测设备中的程序代码后，再通过收包程序计算出的预设数据包经过被测设备的延时作为第二延时；
根据第一延时和第二延时，计算出修改的程序代码的执行延时，将其作为待测程序代码的执行延时。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在通过分析程序根据不同程序代码条件下的数据包的延时，获得被测设备中加载的待测程序代码的执行延时之前，所述方法还包括：
对收包程序计算的数据包延时数据进行过滤。
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