CN114510420B - 一种基于蜕变测试的区块链智能合约测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蜕变测试的区块链智能合约测试方法，属于软件工程领域。包括：步骤1，基于智能合约，分析调用的函数及其参数的编码；步骤2，根据调用的函数以及相应的参数分析智能合约参数之间的必要属性；步骤3，根据必要属性中输入与输出的关系确定蜕变关系(MRs)，包括输入的蜕变关系input relation以及输出的蜕变关系output relation；步骤4，使用随机测试方法生成原始测试用例，并根据input relation生成后续测试用例，将两组测试用例分别在智能合约中运行，通过判断输出的结果是否满足相应的output relation验证结果的正确性。本方法在测试智能合约安全缺陷的同时缓解了智能合约测试中的oracle问题，通过对现有的智能合约漏洞进行测试实验，验证了提出方法的有效性和优势。

Description

一种基于蜕变测试的区块链智能合约测试方法
技术领域
本发明属于软件测试中蜕变测试技术领域，涉及一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法
背景技术
以太坊智能合约(在区块链上运行的自治程序)通常控制金融和知识产权交易。由于它们发挥着至关重要的作用，因此智能合约需要完整、全面和有效的测试方法。在软件测试中，理想的测试判定(test oracle)能够对测试结果是否正确给出确定的判定。然而，这种理想的测试判定通常并不容易得到，或者获取的成本远远超出了软件本身的价值，这个问题被称为测试判定难题(test oracle problem)。目前，测试判定难题已经成为制约软件测试技术发展的瓶颈。蜕变测试(metamorphic testing)通过验证多个测试用例的测试结果是否满足蜕变关系来确定测试用例执行是否正确。虽然这种方法不能确定单个测试结果的正确性，即不能彻底解决测试判定难题，但是当蜕变关系不满足时，可以判定被测软件中一定存在着故障。本方法介绍了一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法，它可以针对区块链智能合约中具体的漏洞生成测试用例以检测区块链智能合约中可能会出现的漏洞。
发明内容
为了解决区块链中智能合约测试中存在的oracle问题，本发明提出了一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smart contract-MT)，在检测智能合约是否存在漏洞的前提下，缓解测试中出现的oracle问题，减少获取判定的成本，从而提高测试效率。并且将本方法针对具体出现漏洞的智能合约进行实验测试，验证了提出方法的有效性和优势。
本发明的技术方案如下：
步骤1，获取被测智能合约中调用的参数及函数的编码，确定构建蜕变关系必要属性的函数关系；
步骤2，根据调用的函数及其相应的参数确定区块链智能合约蜕变关系的构造中依赖的必要属性；
步骤3，根据必要属性中输入与输出的关系确定蜕变关系(MR)，包括输入的蜕变关系input relation以及输出的蜕变关系output relation；
步骤4，使用随机测试方法和蜕变关系生成原始测试用例e和后续测试用例e’，将两组测试用例分别在智能合约中运行，通过判断输出的结果是否满足相应的蜕变关系验证智能合约的正确性。
进一步方案，上述步骤1的具体步骤如下：
步骤1.1，查找智能合约中调用的函数，在智能合约涉及的各个参数中，TXDATA为调用函数的编码，根据调用函数得到影响输入和输出结果的参数；
步骤1.2，智能合约的调用中涉及到的参数包括<SENDER ADDRESS，TO CONTRACT，VALUE，GAS USED，GAS LIMIT，GAS PRICE>，其中SENDER ADDRESS是调用合约时发起转账的用户合约地址，TO-CONTRACT是接收用户的合约地址，VALUE是转账金额，GAS-USED是合约消耗的汽油费，GAS-LIMIT是用户调用合约预计消耗的汽油费最大值，GAS-PRICE是汽油费单位数量的价格。收集其中涉及影响调用函数结果的参数。
进一步方案，上述步骤2的具体步骤如下：
步骤2.1，将收集到的函数及其相应参数进行分析。
步骤2.2，确定输入的参数以及输出的参数之间对应函数关系确定其存在的数值、算法、几何等必要属性。
进一步方案，上述步骤3的具体步骤如下：
步骤3.1，在满足必要属性的条件下通过控制变量构建输入蜕变关系inputrelation。
步骤3.2，根据输入的蜕变关系以及相应的必要属性确定输出应该满足的蜕变关系output relation。
进一步方案，上述步骤4的具体步骤如下：
步骤4.1，在输入域范围内随机生成n个原始测试用例A；
步骤4.2，根据input relation以及原始测试用例生成n个后续测试用例A’；
步骤4.3，将两组测试用例分别在待测智能合约中运行；
步骤4.4，若运行结果满足input relation，方法结束，进行下一组结果验证。
步骤4.5，若运行结果不满足output relation，记录测试数据，方法结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smart contract-MT)，能对智能合约涉及的具体功能全面分析，确定智能合约中调用的函数以及参数类型，测试过程中出现的漏洞可以更高效的确定漏洞位置。构建蜕变关系可以用最小的代价检测智能合约相关功能存在的漏洞，改善了传统的智能合约测试方法需要智能合约历史中出现的漏洞案例来对测试程序库进行完善而引起代价过大的问题。
2、面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smart contract-MT)，通过验证多个测试用例的测试结果是否满足蜕变关系来确定测试用例执行是否正确，从而缓解了软件测试中理想的测试判定通常并不容易得到，或者获取的成本远远超出了软件本身的价值的判定问题(test oracle problem)。
附图说明
图1是本发明提出了一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smartcontract-MT)流程图。
图2是构建蜕变关系的流程图。
图3是根据原始测试用例和蜕变关系生成后续测试用例的流程图。
图4是验证原始测试用例和后续测试用例结果是否符合蜕变关系的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smart contract-MT)的技术内容，下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步说明，须指出的是，所描述给出的实施案例旨在便于对本发明的理解，而对其没有任何限定要求。
本发明给出的一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法(Smartcontract-MT)的流程图如图1所示，第一步获取智能合约中调用的函数及参数的编码；第二步根据获取到的智能合约中调用的函数及其相应的参数分析智能合约中参数之间的必要属性；第三步根据必要属性中输入与输出的关系确定蜕变关系(MR)，包括输入的蜕变关系input relation以及输出的蜕变关系output relation；第四步使用随机测试方法和蜕变关系生成原始测试用例e；第五步根据原始测试用例和蜕变关系(MR)生成后续测试用例e’；第六步将两组测试用例分别在智能合约中运行，通过判断输出的结果是否满足相应的蜕变关系，如果不满足，记录实验数据，结束方法，如果满足进行第七步；第七步返回第一步继续匹配操作。
下面第一步的智能合约调用函数为function sendcoin，mapping；涉及参数包含indexed_from，indexed_to，_type，_value，sender，receiver，transfertype，amount；
参照图2，构建蜕变关系过程如下：
步骤201将收集到的函数及其相应参数进行分析，在这个例子中调用的函数功能实现了将发送方钱包地址中的代币进行转账操作，转账到目标账户接收方的钱包地址中，涉及的参数分别为A：转账交易的发送方钱包地址(类型：10位长整数)，B：转账交易的接收方钱包地址(类型：10位长整数)，P：转账类型(类型：Integer)，M：转账交易金额(类型：0～50000的整数)△A：A账户交易前和交易后余额的差额，△B：B账户交易后和交易前的余额之差。步骤202是确定输入的参数以及输出的参数之间对应函数关系确定其存在的数值、算法、几何等必要属性，根据确定的函数以及参数类型，可以确定转账操作发起方和接受方的钱包地址影响操作过程中代币的流向，转账金额、手续费定义、以及交易类型影响转账操作前后发起方和接收方钱包地址余额的差值，由此确定数值必要属性，即交易操作前后发起方的余额差值和接受方的余额差值之差为交易类型决定的手续费金额。步骤203是输入蜕变关系input relation在满足必要属性的条件下通过控制变量构建，在本例中定义源输入Source input:As,Bs,Ps,Ms，其中As是转账交易的发送方钱包地址，Bs是转账交易的接收方钱包地址，Ps是转账类型，Ms是转账交易金额，后续输入Follow-up input:Af,Bf,Pf,Mf，其中Af是转账交易的发送方钱包地址，Bf是转账交易的接收方钱包地址，Pf是转账类型，Mf是转账交易金额，输入的蜕变关系为：Input relation:Af＝As Bf＝Bs Pf＝Ps Mf＝2Ms，即原始测试用例和后续测试用例中转账发送方和接收方的钱包地址相等，交易类型相等，后续测试用例的交易金额为原始测试用例交易金额的两倍。步骤204是输出蜕变关系的构建，在本例中定义源输出Source output:△As,△Bs，其中△As是在原始测试用例输入的情况下A账户交易前后余额的差额，△Bs是在原始测试用例输入的情况下B账户在交易前后的余额差额；后续输出Follow-up output:△Af,△Bf，其中△Af是在后续测试用例输入的情况下A账户交易前后余额的差额，△Bf是在后续测试用例输入的情况下B账户交易前后余额的差额；输出的蜕变关系为：Output relation:△Af≥2△As，即后续测试用例的A账户交易前后余额的差值大于等于两倍的原始测试用例的A账户交易前后的余额差值、△Bf＝2△Bs，即后续测试用例的B账户交易前后余额的差值等于两倍原始测试用例的B账户交易前后余额的差值，方法结束。
参照图3，根据原始测试用例和蜕变关系生成后续测试用例的过程如下：步骤301用随机的测试用例生成策略在输入域范围内生成n个测试用例作为原始测试用例e；步骤302根据生成的原始测试用例和构建的输入蜕变关系得到后续测试用例e’。
参照图4，验证原始测试用例和后续测试用例结果是否符合蜕变关系的过程如下：
步骤401将原始测试用例和后续测试用例分别在待测智能合约中运行；步骤402，判断测试用例e和e’的输出结果E和E’是否符合输出的蜕变关系如果不符合，至步骤步骤403说明智能合约存在安全缺陷，收集测试数据，步骤404，如果符合，方法结束，进行下一组测试用例的测试。
为验证本方法的有效性，收集了存在安全缺陷的智能合约作为实验对象进行实验，试验中相关的变量名及其类型和含义如表1所示，试验结果如表2所示，结果验证了本方法在验证智能合约安全缺陷，缓解oracle问题上的有效性。
表1变量名及其含义
表2测试异常结果以及测试用例编号数据
以上所述仅用于清楚表述本发明具体实施例，并不用于限定保护范围，在不违背本发明实质内容和精神前提下，所作任何修改、润饰等都将落入本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，获取被测区块链智能合约中调用的参数及函数的编码，确定构建蜕变关系必要属性的函数关系；
步骤2，根据调用的函数及其相应的参数确定区块链智能合约蜕变关系的构造中依赖的必要属性；
步骤3，根据必要属性中输入与输出的关系确定蜕变关系(MR)，包括输入的蜕变关系input relation以及输出的蜕变关系output relation；
步骤4，使用随机测试方法和蜕变关系生成原始测试用例e和后续测试用例e’，将两组测试用例分别在智能合约中运行，通过判断输出的结果是否满足相应的蜕变关系验证智能合约的正确性；
所述步骤2的具体实现包括如下步骤：
步骤2.1，将收集到的函数及其相应参数进行分析；
步骤2.2，确定输入的参数以及输出的参数之间对应函数关系确定其必要属性，必要属性包括数值属性、算法属性、几何属性；
所述步骤3的具体实现包括如下步骤：
步骤3.1，在满足必要属性的条件下通过控制变量构建输入蜕变关系input relation；
步骤3.2，根据输入的蜕变关系以及相应的必要属性确定输出应该满足的蜕变关系output relation；
所述步骤4的具体实现包括如下步骤：
步骤4.1，在输入域范围内随机生成n个原始测试用例A；
步骤4.2，根据input relation以及原始测试用例生成n个后续测试用例A’；
步骤4.3，将两组测试用例分别在待测智能合约中运行；
步骤4.4，若运行结果满足input relation，方法结束，进行下一组结果验证；
步骤4.5，若运行结果不满足output relation，记录测试数据，方法结束。
2.根据权利要求1所述的一种面向区块链智能合约安全缺陷的蜕变测试方法，其特征在于，所述步骤1的具体实现包括如下步骤：
步骤1.1，查找智能合约中调用的函数，在智能合约涉及的各个参数中，TXDATA为调用函数的编码，根据调用函数得到影响输入和输出结果的参数；
步骤1.2，智能合约的调用中涉及到的参数包括<SENDER ADDRESS，TO CONTRACT，VALUE，GAS USED，GAS LIMIT，GAS PRICE>，其中SENDER ADDRESS是调用合约时发起转账的用户合约地址，TO-CONTRACT是接收用户的合约地址，VALUE是转账金额，GAS-USED是合约消耗的汽油费，GAS-LIMIT是用户调用合约预计消耗的汽油费最大值，GAS-PRICE是汽油费单位数量的价格，收集其中涉及影响调用函数结果的参数。
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