基于Fuzzing测试的工业控制协议漏洞挖掘技术研究

为了及早发现工业控制系统本身的信息安全问题,基于Fuzzing测试技术在软件测试领域的成功经验,针对工业控制系统协议MMS协议进行分析和研究,利用电力系统自动化领域常用的继电器保护设备,采用桥接的方式进行MMS协议的Fuzzing测试,有效挖掘出被测设备的漏洞,导致了被测设备拒绝服务,并进行了漏洞问题的分析。研究表明,利用工控协议的Fuzzing测试技术可以有效地进行工控信息安全的漏洞挖掘工作。     

基于Sulley改进的工控协议模糊测试架构设计

模糊测试(Fuzzing)可以有效发现协议漏洞。然而不同于网络协议,工控协议模糊测试具有协议种类众多、私有协议解析难等特点。对此,文章转换问题解决思路,从工控工程师的角度入手,解析了Sulley的模糊测试架构和流程,设计了基于Sulley改进的工控协议模糊测试架构,采用基于块的可视化拖拽式界面进行私有协议的数据构造,公有协议采用套件的形式进行导入,添加输入优化模块以适应于工控系统,该框架有助于解决工控协议模糊测试中易用性差、测试负载大、测试效率低的问题。     

基于范式语法的工控协议Fuzzing测试技术

针对工控协议Fuzzing测试存在测试脚本编写工作量大、测试用例的覆盖面小、测试效率低等问题,文章提出了一种基于范式语法的工控协议Fuzzing测试方法。方法首先以改进的扩展巴科斯范式(Modified Augmented Backus-Naur Form: MABNF)描述工控协议;然后根据范式语法模型,将报文样本解析为范式语法变异树,进而生成范式语法变异树的描述脚本;文章提出了基于MABNF变异树的测试用例生成算法(MABNF-mutation-tree based Test-cases Generating Method: MTGM),算法先对MABNF变异树进行深度优先遍历,再采用语义变异策略对节点实施变异;最后利用MTGM得到冗余少、有效性高的测试用例集。使用该方法,文章实现了基于Peach的工控协议Fuzzing测试原型系统M-Peach,对供水SCADA系统进行了测试。与Peach的对比实验表明,文章所提出的方法能有效减少测试冗余,提高测试用例集的覆盖面和测试效率。     

基于状态机子图同构匹配的私有工控协议溯源

在对工业互联网设备私有工控协议进行安全分析时,溯源其采用的工控网络协议标准十分困难。文章提出一种基于状态机子图同构匹配的私有工控协议溯源方法,可快速匹配私有工控协议所采用的工控网络协议标准。该方法首先对私有工控协议流量数据进行逆向解析,通过聚类算法提取消息格式和关键字段,根据关键字段构造增广前缀树(Augmented Prefix Tree Acceptor,APTA),推断出协议状态机图;然后采用子图同构匹配算法将该状态机图与工控协议标准状态机图进行子图匹配,解决流量数据有限导致生成状态机图不完整的问题。实验结果表明,该方法溯源准确率在95%以上,可快速定位私有协议采用的工控网络协议标准,从而为进一步的安全分析提供帮助。     

一种基于FSM的BGP-4协议模糊测试方法

BGP-4路由协议的安全性对于保障整个网络安全、可靠运行具有重要意义。现有的模糊测试方法在对BGP-4协议测试时存在状态测试困难、测试用例冗余等问题。为了解决这些问题,提出了一种基于有限状态机的BGP-4协议模糊测试方法BFuzz,设计了测试序列生成算法TSGF（Test Sequences Generation for Fuzzing）和测试用例生成算法TCGVF（Test Cases Generation based on Vulnerable Fields）,实现了原型系统BFuzzer。测试结果表明该方法能够有效地挖掘BGP-4协议中的漏洞。     

基于ASM模型的协议一致性测试研究

针对协议测试中,状态机描述、测试集成环境和被测实现彼此独立带来的问题,提出了在可视化编程环境下利用抽象状态机模型和桩函数结合实现协议一致性测试方法。在分析抽象状态机测试理论的基础上,给出基于抽象状态机和remoting技术的协议分布式测试模型。以抽象状态机语言描述简单文件传输协议为例,采用分布式测试模型,实现了被测协议的远程一致性测试。     

基于有限状态机的网络协议状态机制检测方法

进行网络稳定性测试时,对网络协议状态机制进行检测可以有效提高测试的全面性.基于有限状态机思想提出了一种协议状态机制检测方法.建立待测协议特定消息发送实体的有限状态机模型,确定输入集合;测试并监测实体的状态转移情况,生成状态转移图;根据状态转移图判定该消息的状态机制,确定有状态协议消息的触发条件,对消息进行归纳分类实现协议状态机制的判定.搭建实验环境,验证了该方法的有效性.     

BACnet应用层状态机在线测试研究

随着BACnet网络技术的应用发展,对BACnet网络设备协议一致性测试的要求也越来越强烈,本文在比较现有的协议一致性测试方法的基础上,给出了基于在线测试的BACnet协议测试方法,研究了BACnet应用层状态机的运行模式,并采用有限状态机模型对BACnet应用层状态机进行了分析,给出了相应的状态机状态判定方法和在线测试的软件结构。     

工控网络协议Fuzzing测试技术研究综述

随着信息化和工业化的深度融合,控制系统在工业生产过程中得到了越来越广泛的应用,很多研究者开始针对工控系统,特别是具有控制功能的工控网络协议的安全性展开研究,漏洞分析则是其中较为活跃的领域之一.由于工控网络协议具有专用性和面向控制的特点,通常在封闭环境下运行,无法直接应用传统Fuzzing测试技术进行网络协议的漏洞挖掘.本文阐述了工控网络协议的特点以及Fuzzing测试的困难,讨论并比较了现有各种Fuzzing测试技术应用于工控网络协议的优缺点,提出工控网络协议的专用Fuzzing测试工具的设计准则,最后展望了工控网络协议Fuzzing测试技术的未来研究方向.     

基于状态机的CAN2.0总线协议的实现

CAN2.0总线协议中所规定的帧的种类和格式以及总线的状态控制过程较为复杂,在实际电路设计过程中,为能更好地实现其协议功能和状态控制,可以采用状态机来简化和实现CAN总线控制器系统中的协议功能和状态控制过程.文中基于这种方法设计出CAN总线控制器状态控制状态机和报文接收状态机,通过编写RTL级代码,设计出硬件电路.在设计完成后,使用基于e语言的SpecmanElite和modelsim6.2软件平台进行仿真和验证,结果表明该电路功能正确,满足设计要求和使用要求     

基于模型学习的OpenVPN系统脆弱性分析

OpenVPN在现实网络中有广泛应用,对其安全性进行评估具有重要的现实意义.基于自动机理论中模型学习的方法,利用协议状态模糊测试的技术对OpenVPN系统进行黑盒测试分析,自动化推演出目标OpenVPN系统的状态机.提出了状态机时间压缩模型并进行冗余状态和迁移化简,可以准确得到协议状态机中的行为特征.发现了多条期望行为路径外的特别行为路径及可能的安全隐患,为OpenVPN的安全性评估提供了新的思路与方法,同时对类似缺少协议规范但应用广泛的安全协议的内部设计细节分析具有重要参考意义.     

基于双重覆盖信息协同的协议模糊测试

模糊测试在挖掘协议软件安全漏洞、提高安全性方面发挥着巨大的作用. 近年来将状态引入服务端程序模糊测试受到广泛关注. 本文针对现有方法未充分利用协议模糊测试过程信息、无法持续关注重点状态, 导致模糊测试效率较低的问题, 提出了基于双重覆盖信息协同的协议模糊测试方法. 首先, 本文提出的状态选择算法, 通过建立状态空间到程序空间的映射, 利用启发式的计算方法为每个状态设置权重, 以引导模糊测试持续关注更可能存在缺陷的状态. 其次, 快速探测种子不影响状态但改变程序覆盖的位置, 并限制变异位置以充分测试重点状态对应的代码区域. 本文在基线工具AFLNet和SnapFuzz上验证了改进算法的有效性, 并最终集成实现了协议模糊测试工具C2SFuzz. 对LightFTP、Live555等协议服务端程序最新版进行了实验后, 发现5个未知的漏洞.     

有效覆盖引导的定向灰盒模糊测试

定向灰盒模糊测试技术在度量种子对目标执行状态的搜索能力时,除了考虑种子逼近目标代码的程度之外,还需要分析种子对多样化执行状态的发现能力,从而避免陷入局部最优.现有的定向灰盒模糊测试主要根据全程序的覆盖统计来度量种子搜索多样化执行路径的能力.然而,目标执行状态仅依赖于部分程序代码.如果带来新覆盖的种子并未探索到目标状态计算所依赖的新执行状态,其不仅不能扩大种子队列对目标执行状态的搜索能力,而且会诱导测试目标无关的代码和功能,阻碍定向测试向目标代码的收敛.为了缓解该问题,从待发现目标执行状态依赖代码的覆盖统计着手,提出了一种有效覆盖引导的定向灰盒模糊测试方法.利用程序切片技术提取影响目标执行状态计算的代码.通过能量调度（即控制种子后代生成数量）,提升引发该部分代码控制流新覆盖变化的种子能量,降低其他冗余种子的能量,使定向灰盒模糊测试专注于搜索目标相关的执行状态.在测试集上的实验结果显示,该方法显著提升了目标状态发现效率.     

基于DTMC的工业串行协议状态检测算法

针对现有工业信息安全研究主要集中在工业以太网方面,缺少对串行链路协议防护的研究等问题,提出一种基于离散时间马尔可夫链(Discrete Time Markov Chain,DTMC)的工业串行协议状态检测算法.该算法利用工业控制系统(Industrial Control System,ICS)行为有限和状态有限的特征,...     

基于机器学习的模糊测试种子输入优化

模糊测试作为一种自动化检测应用程序漏洞的方法, 常常被用来检测各种软件以及计算机系统的漏洞挖掘中. 而种子文件质量的高低对于模糊测试的效果而言至关重要. 所以本文提出了一种基于机器学习的模糊测试种子输入的生成方法, 利用样本输入和基于机器学习的技术来学习样本输入的规则和语法. 并利用学到的规则和语法来生成全新的种子输入...     

基于协议状态机遍历的模糊测试优化方法

针对现有的协议模糊测试技术存在报文重复交互、输入盲目等问题,提出一种基于协议状态迁移遍历的模糊测试优化方法。该方法将协议状态迁移遍历问题转化为中国邮路问题,求解遍历所有协议状态迁移的最短路径,并依据该最短路径对各个状态迁移进行测试。在测试过程中,通过分析协议实体在执行测试用例后的响应报文,动态调整后续的报文输入,进而避免无效交互。同时利用UIO序列判断协议实体状态是否发生异常迁移,及时检测协议逻辑漏洞。实验结果表明,该模糊测试优化方法可以显著提高测试效率与漏洞挖掘能力。     

距离与权重相结合的导向式灰盒模糊测试方法

导向式灰盒模糊测试是一种能够快速对程序指定位置进行测试的技术.通过对当前导向式灰盒模糊测试技术导向不够精确的问题进行分析,提出一种新的导向式灰盒模糊测试方法,并引入基本块权重与函数路径长度的概念.通过对被测程序的静态分析,构建被测程序的函数调用图和控制流程图,计算更准确的基本块距离并插桩到被测程序中.在模糊测试时通过插...     

模糊测试技术综述

模糊测试是一种安全测试技术,主要用于检测安全漏洞,近几年模糊测试技术经历了快速发展,因此有必要对相关成果进行总结和分析.通过搜集和分析网络与系统安全国际四大顶级安全会议(IEEE S&P,USENIX Security,CCS, NDSS)中相关的文章,总结出模糊测试的基本工作流程,包括：预处理、输入数据构造、输入选择、评估、结果分析这5个环节,针对每个环节中面临的任务以及挑战,结合相应的研究成果进行分析和总结,其中重点分析以American Fuzzy Lop工具及其改进成果为代表的,基于覆盖率引导的模糊测试方法.模糊测试技术在不同领域中使用时,面对着巨大的差异性,通过对相应文献进行整理和分析,总结出特定领域中使用模糊测试的独特需求以及相应的解决方法,重点关注物联网领域,以及内核安全领域.近些年反模糊测试技术以及机器学习技术的进步,给模糊测技术的发展带来了挑战和机遇,这些机遇和挑战为下一步的研究提供了方向参考.