Gulfstream ¡ Staged ¡Sta4c ¡Analysis ¡for ¡Streaming ¡JavaScript ¡Applica4ons ¡ Salvatore ¡Guarnieri ¡ Ben ¡Livshits ¡ University ¡of ¡Washington ¡ Microso3 ¡Research ¡
Web ¡applica4on ¡ Web ¡page ¡ Third ¡Party ¡Server ¡ widget.js ¡ 2 ¡
Safe ¡Code ¡Inclusion ¡In ¡JavaScript ¡ Run8me ¡Enforcement ¡ Sta8c ¡Analysis ¡ • Conscript ¡[Oakland ¡10] ¡ • Gatekeeper ¡[USENIX ¡Sec ¡09] ¡ • BrowserShield ¡[OSDI ¡06] ¡ • Staged ¡Informa4on ¡flow ¡for ¡ JavaScript ¡[PLDI ¡09] ¡ • Caja ¡ Whole ¡program ¡analysis ¡approaches ¡require ¡ the ¡en4re ¡program ¡ 3 ¡
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JavaScript ¡programs ¡are ¡streaming ¡ 5 ¡
Script ¡Crea8on ¡ <HTML> � <HEAD> � <SCRIPT> � function foo(){...} � var f = foo; � </SCRIPT> � What ¡does ¡f ¡ <SCRIPT> � refer ¡to? ¡ function bar(){...} � if (...) f = bar; � </SCRIPT> � </HEAD> � <BODY onclick="f();"> ...</BODY> � </HTML> � 6 ¡
Incremental ¡Loading ¡in ¡Facebook ¡ 250 ¡ 13 ¡ 200 ¡ 20 ¡ 29 ¡ Profile ¡ 150 ¡ Inbox ¡ KB ¡ Friends ¡ 100 ¡ Home ¡ 157 ¡ 71% ¡ 50 ¡ 0 ¡ 7 ¡
Gulfstream ¡In ¡Ac8on ¡ ✔ ¡ Offline ¡ Online ¡ 8 ¡
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Gulfstream ¡In ¡Ac8on ¡ ✔ ¡ Offline ¡ Online ¡ 10 ¡
Outline ¡ • Mo4va4on ¡ • Implementa4on ¡ • Evalua4on ¡ • Conclusions ¡ 11 ¡
Queries ¡ • We ¡want ¡to ¡determine ¡something ¡about ¡the ¡ program ¡ • Example ¡ – What ¡does ¡f() ¡refer ¡to ¡ – Detect ¡alert ¡calls ¡ – Does ¡this ¡program ¡use ¡setTimeout ¡ 12 ¡
Points-‑To ¡Analysis ¡ • Provides ¡deep ¡program ¡understanding ¡ • Can ¡be ¡used ¡to ¡construct ¡call ¡graphs ¡ • Is ¡the ¡founda4on ¡of ¡further ¡analyses ¡ • Answers ¡a ¡simple ¡ques4on: ¡What ¡heap ¡ loca4ons ¡does ¡ ¡variable ¡ x ¡point ¡to ¡ 13 ¡
Points-‑To ¡Example ¡ !" !# !$ !% !& /00 ' ) * ( +,-.# 314 122 +,-." +,-.% 1. var A = new Object(); 2. var B = new Object(); 145# 145" 3. x = new Object(); 4. x.foo = new Object(); 5. y = new Object(); 6. y.bar = x; 7. y.add = function(a, b) {} 8. y.add(A, B) 14 ¡
Implementa8on ¡Strategies ¡ Datalog ¡with ¡bddbddb ¡ Graph-‑based ¡flow ¡analysis ¡ + ¡Fast ¡for ¡large ¡programs ¡ + ¡Very ¡small ¡startup ¡cost ¡ + ¡Highly ¡tuned ¡ + ¡Customized ¡to ¡work ¡with ¡ Gulfstream ¡ -‑ ¡Large ¡startup ¡cost ¡ -‑ ¡Does ¡not ¡scale ¡well ¡ -‑ ¡Difficult ¡to ¡implement ¡in ¡the ¡ browser ¡ • Used ¡in ¡Gatekeeper ¡[USENIX ¡ Sec ¡09] ¡ 15 ¡
Implementa8on ¡ • Normalize ¡JavaScript ¡ – Turn ¡program ¡into ¡a ¡series ¡of ¡simple ¡statements ¡ – Introduce ¡temporaries ¡as ¡necessary ¡ • Create ¡flow ¡graph ¡– ¡Use ¡normalized ¡program ¡ to ¡generate ¡flow ¡constraints ¡ • Serialize ¡flow ¡graph ¡– ¡Encode ¡the ¡flow-‑graph ¡ so ¡online ¡analysis ¡can ¡use ¡it ¡to ¡update ¡results ¡ 16 ¡
Implementa8on ¡Con8nued ¡ • Perform ¡points-‑to ¡analysis ¡ – Traverse ¡flow ¡graph ¡to ¡find ¡all ¡aliases ¡ – Follow ¡flow ¡through ¡method ¡boundaries ¡ – Generate ¡points-‑to ¡map ¡for ¡queries ¡to ¡use ¡ • Queries ¡– ¡Use ¡points-‑to ¡data ¡and ¡flow ¡graph ¡to ¡ answer ¡queries ¡ 17 ¡
Evalua8on ¡ • Ques4on ¡– ¡Is ¡Gulfstream ¡faster ¡than ¡non-‑staged ¡ analysis ¡ • Benchmarks ¡ – Synthe4cally ¡generated ¡ – Scraped ¡from ¡Google ¡code ¡ – Scraped ¡from ¡Facebook ¡ • Simulate ¡diverse ¡environments ¡ – CPU ¡speed ¡and ¡network ¡proper4es ¡ – Cell ¡phone, ¡laptop, ¡desktop, ¡etc. ¡ 18 ¡
Laptop ¡Running ¡Time ¡Comparison ¡ Gulfstream ¡ Full ¡Analysis ¡ bddbddb ¡ 8 ¡ Aner ¡30KB ¡of ¡updates, ¡ 7 ¡ Gulfstream ¡is ¡no ¡longer ¡ 6 ¡ faster ¡ 5 ¡ Seconds ¡ 4 ¡ 3 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 0 ¡ 30 ¡ 35 ¡ 40 ¡ 45 ¡ 50 ¡ 55 ¡ 60 ¡ 65 ¡ Total ¡Page ¡Size ¡(KB) ¡ 19 ¡
Simulated ¡Devices ¡ • Low ¡power ¡mobile ¡ • High ¡power ¡ 20 ¡
Simulated ¡Devices ¡ • Low ¡power ¡mobile ¡ • High ¡power ¡ 21 ¡
Lessons ¡Learned ¡ • Slow ¡devices ¡ benefit ¡from ¡Gulfstream ¡ • A ¡ slow ¡network ¡ can ¡negate ¡the ¡benefits ¡of ¡the ¡ staged ¡analysis ¡ • Large ¡page ¡updates ¡ don’t ¡benefit ¡from ¡ Gulfstream ¡ 22 ¡
Facebook ¡Experiment ¡ • Visit ¡4 ¡pages ¡ – Home ¡ – Friends ¡ – Inbox ¡ – Profile ¡ • Each ¡page ¡loads ¡addi4onal ¡JavaScript ¡ 23 ¡
Gulfstream ¡Savings: ¡Slow ¡Devices ¡ 350 ¡ 300 ¡ 250 ¡ profile ¡ ¡ Seconds ¡ 200 ¡ inbox ¡ ¡ friends ¡ ¡ 150 ¡ home ¡ ¡ 100 ¡ 50 ¡ 0 ¡ 24 ¡
Gulfstream ¡Savings: ¡Fast ¡Devices ¡ 12 ¡ 10 ¡seconds ¡ saved ¡ 10 ¡ 8 ¡ profile ¡ ¡ Seconds ¡ inbox ¡ ¡ 6 ¡ friends ¡ ¡ home ¡ ¡ 4 ¡ 2 ¡ 0 ¡ 25 ¡
Conclusion ¡ • Gulfstream, ¡staged ¡analysis ¡for ¡JavaScript ¡ • Staged ¡analysis ¡ – Offline ¡on ¡the ¡server ¡ – Online ¡in ¡the ¡browser ¡ • Wide ¡range ¡of ¡experiments ¡ – For ¡small ¡updates, ¡Gulfstream ¡is ¡faster ¡ – Devices ¡with ¡slow ¡CPU ¡benefit ¡most ¡ 26 ¡
The ¡End ¡ • Contact: ¡salvatore.guarnieri@gmail.com ¡ 27 ¡
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