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四川大学学报（自然科学版） 2024年第1期61卷 96-106页

作者：翁嵩涠贾鹏周安民四川大学网络空间安全学院成都610065

几乎所有需要通信的系统都离不开协议的设计,若协议栈存在漏洞,攻击者可以通过Zero-Click的方式达成拒绝服务攻击、信息窃取甚至是远程代码执行.协议消息具有一定的结构、语义、时序等要素,通用型模糊测试工具很难有效地对服务端进行模... 详细信息

几乎所有需要通信的系统都离不开协议的设计,若协议栈存在漏洞,攻击者可以通过Zero-Click的方式达成拒绝服务攻击、信息窃取甚至是远程代码执行.协议消息具有一定的结构、语义、时序等要素,通用型模糊测试工具很难有效地对服务端进行模糊测试.近年来,有不少灰盒协议模糊测试的研究工作,其中比较具有代表性的工作是AFLNET,然而这些研究工作对服务端状态机的覆盖依赖于初始种子集的覆盖面.本文首先分析了AFLNET无法完善处理二进制格式协议的缺陷,并提出了BBFuzz,一款基于人工编写的数据模型进行测试用例生成的协议模糊测试工具.BBFuzz能够在仅有一个初始输入的情况下,快速为种子队列提供众多感兴趣的种子文件,并且这些种子文件能够覆盖到较为全面的服务端状态.同时,BBFuzz能够很好地支持两种不同类型的协议的模糊测试,即人类可读的ASCII格式和二进制格式的协议.本文实现了BBFuzz对RTMP协议的支持,并在两款知名的流媒体软件的RTMP模块上评估BBFuzz.评估结果表明,BBFuzz在map density和paths上的表现都优于AFLNET.对于RTMP模块,本文在ZLMediaKit和media-server上分别挖掘到一个真实的漏洞,并且这两个漏洞都已经被分配了HIGH级别的CVE编号.

关键词：模糊测试协议模糊测试软件测试协议安全

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网络协议模糊测试种子智能化变异技术研究与实现

网络协议模糊测试种子智能化变异技术研究与实现

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作者：秦因凡军事科学院

学位级别：硕士

近年来,灰盒协议模糊测试技术在网络设备与协议脆弱性分析领域得到了广泛的应用。与黑盒协议模糊测试技术不同,灰盒协议模糊测试技术在测试过程中加入了覆盖率反馈机制,使得模糊测试引擎更加高效。现有的灰盒协议模糊测试工具按照种子... 详细信息

近年来,灰盒协议模糊测试技术在网络设备与协议脆弱性分析领域得到了广泛的应用。与黑盒协议模糊测试技术不同,灰盒协议模糊测试技术在测试过程中加入了覆盖率反馈机制,使得模糊测试引擎更加高效。现有的灰盒协议模糊测试工具按照种子生成方式可以分为基于生成和基于变异的模糊测试工具两种。其中,基于变异的灰盒协议模糊测试工具在变异部分大多使用随机选择变异位置的方法,存在盲目性强、测试效率不高等不足。机器学习技术的发展及其在脆弱性分析领域的应用研究,为协议模糊测试技术研究提供了重要参考。能否基于机器学习技术改进协议模糊测试种子变异,提高模糊测试的效率,成为值得探索的研究方向之一。针对协议模糊测试种子随机变异的不足,本文探索了基于机器学习技术的网络协议模糊测试种子智能化变异方法,采用有导向的种子变异策略提高了模糊测试引擎协议代码状态空间覆盖范围,提高了脆弱性发现效率,并通过设计实现和试验,验证了方法的有效性。本文的主要工作包括:1.构建了基于梯度导向的协议模糊测试框架在分析协议模糊测试面临挑战的基础上,本文对通用模糊测试框架进行了扩展,构建了协议模糊测试基础框架;在此框架的基础上,分析了有状态引导的灰盒协议模糊测试工具存在的不足,重点围绕协议模糊测试种子“在哪变?怎么变?”的问题,将机器学习技术引入协议模糊测试框架,提出了基于梯度导向的协议模糊测试框架,并重点描述了初始种子库的生成流程,为基于机器学习的种子变异技术方法研究和模糊测试引擎实现提供了指导。2.研究提出了协议程序行为预测模型的构建方法针对协议模糊测试种子变异存在盲目性的问题,本文提出了基于机器学习的协议程序行为预测模型构建方法。该方法通过已有协议模糊测试引擎生成大量种子及对应的位图数据,采用数据预处理方法将种子处理成向量,并通过去除惰性字段的方法大幅降低了位图对应的标签规模;在此基础上,基于前馈神经网络、一维卷积和LSTM等三种机器学习模型构建了协议程序行为预测模型,并进行了对比试验和分析。结果表明基于前馈神经网络的协议程序行为预测模型,针对RTSP和Live555两种协议实现,种子对应位图的预测准确率可达92%以上,能够较为准确的预测种子所能触发新路径的程度,为梯度导向的种子变异方法提供了模型基础。3.研究提出了梯度导向的网络协议模糊测试变异方法在构建的基于前馈神经网络协议程序行为预测模型基础上,本文进一步提出了梯度导向的种子变异方法。该方法针对“在哪变?”的问题,利用协议程序行为预测模型计算出种子中每个字节可以逼近新路径的梯度值大小及方向,对梯度值大小进行排序,并优先变异梯度值较大的字段。实验证明,选择梯度值大的字符进行变异,可以更快的触发新路径。在此基础上,针对协议报文中特定字段“怎么变?”的问题,采用了梯度方向引导的变异方法,经过实验证明该变异方法提高了原有的模糊测试效率。在技术研究基础上,本文实现了基于梯度导向的智能灰盒协议模糊测试工具,对比实验表明,覆盖率比基于变异的协议模糊测试工具AFLNET提高了百分之十至二十。在文章最后,对研究工作进行了总结并且展望了未来的研究方向。

关键词：协议模糊测试梯度导向模糊测试种子变异神经网络

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网络协议模糊测试种子变异和调度方法研究

网络协议模糊测试种子变异和调度方法研究

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作者：刘念哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着云计算、物联网、5G等新技术的不断发展,教育、体育、医疗、通信、金融、工业、制造业等行业加速向数字化转型,万物互联、智能助手等理念不断迸发,科技创新催生出丰富且多样的应用产品在工作、娱乐、生活等多方面服务大众。用户能... 详细信息

随着云计算、物联网、5G等新技术的不断发展,教育、体育、医疗、通信、金融、工业、制造业等行业加速向数字化转型,万物互联、智能助手等理念不断迸发,科技创新催生出丰富且多样的应用产品在工作、娱乐、生活等多方面服务大众。用户能通过网络协议在互联网上有效可靠地进行通信,此种可以从世界任何地方访问服务器的能力也给远程代码执行攻击者带来了可乘之机,攻击者不需要物理访问即可实施攻击。为预防基于网络协议的攻击并在安全测试阶段发现尽可能多的网络协议漏洞,协议模糊测试成为协议漏洞挖掘中的关键核心技术。本文基于协议模糊测试开展了多方面的研究工作,涵盖种子变异操作、种子调度和种子变异操作调度机制方面的优化。首先,协议模糊测试中种子调度通常考量种子所触发的协议状态机中的状态数,并优先选择触发状态数更多的种子进行变异。然而,此类调度方法由于种子调度粒度较大,更倾向于选择触发状态数更多的种子,无法兼顾触发状态数少的种子,而后者往往对应协议状态机中的低频状态及其路径转移。对此,本文提出一种基于马尔可夫链的种子能量调度机制,设计出三类种子能量的计算方法,使状态数少、路径频率低的种子能够得到更高的选择概率。本文通过FTP、DAAP、DICOM、DTLS、SIP和SMTP协议上的模糊测试实验,表明该机制在代码覆盖上表现出较好的效果。其次,协议模糊测试通常采用单一的字节级变异类型。尽管该策略简单易用,但容易破坏网络协议关键词的完整性,产生无效的种子输入,进而影响协议模糊测试的整体运行效率。本文对比分析字节(byte)、关键词(token)和语法(grammar)三种类型的常用变异类型,并提出基于token级的种子变异方法,通过建立token字典、token和种子的编解码,构建以token为基本单元的插入与替换的变异操作。本文通过FTP、DAAP、DICOM、DTLS、SIP和SMTP协议上的模糊测试实验,表明该策略在代码覆盖和有效性上表现出较理想的效果。最后,已有研究结果表明模糊测试中不同的变异操作的效率不尽相同,甚至随着模糊测试过程的进行,同一变异操作的效率也不尽相同。针对当前协议模糊测试器以随机的方式选择变异操作,未能充分考虑变异操作效率存在差异的问题,本文提出一种基于萤火虫算法的种子变异操作调度机制,借助萤火虫算法建立变异操作调度模型,将变异操作的选择概率与萤火虫的位置建立联系,通过萤火虫的吸引、奖励惩罚机制实现萤火虫位置的动态平衡,寻求动态状态下的最优解,即萤火虫的最优位置,从而达到各变异操作的动态最优权重值和最优概率,实现协议模糊测试变异操作调度机制的优化。本文通过FTP、DAAP、DICOM、DTLS、SIP和SMTP协议上的变异操作权重值和代码覆盖实验,表明该机制在多个协议上达到较为理想的结果。本文设计并实现的网络协议模糊测试器aflnetfast在实验评估中展现出良好的稳定性和实用性。

关键词：协议模糊测试种子调度变异操作变异操作调度

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有状态协议实现的灰盒模糊测试方法研究

有状态协议实现的灰盒模糊测试方法研究

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作者：黄一乘杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着计算机网络技术的发展,针对网络协议实现软件的攻击也接踵而至,网络安全变得愈发重要。模糊测试是检测网络安全漏洞的常用技术之一,然而现有协议模糊测试仍然存在可扩展性低、状态选择盲目、测试用例多样性不足等问题,影响测试效率... 详细信息

随着计算机网络技术的发展,针对网络协议实现软件的攻击也接踵而至,网络安全变得愈发重要。模糊测试是检测网络安全漏洞的常用技术之一,然而现有协议模糊测试仍然存在可扩展性低、状态选择盲目、测试用例多样性不足等问题,影响测试效率。因此,本文重点针对有状态协议实现的灰盒模糊测试进行研究,具体的研究工作如下:(1)针对现有协议模糊测试工作在构建协议实现状态机时存在的可扩展性较差和状态转移路径遗漏问题,提出了基于模型学习的有状态协议灰盒模糊测试方法,使用待测协议流量报文和其对应消息类型作为模糊器输入,并使用模糊修正来保持测试用例和输入符号的对应关系,避免了针对特定协议进行学习组件和模糊器的定制开发。同时,采用模型学习构建状态机,并通过覆盖率引导更深入探索协议实现内部的状态空间。实验结果表明,该方法可以有效针对不同协议实现进行测试,同时在触发崩溃漏洞数上较AFLNET提升了14.5%,在覆盖路径数上最高提升了22.0%,证明了本文方法的有效性。(2)针对现有网络协议差分模糊测试工作在对协议实现完整状态空间进行自动化测试时存在的状态选择和消息序列选择盲目性问题,提出了基于行为差异引导的有状态协议差分模糊测试方法,采用进化测试的思路,通过基于行为差异引导的目标状态选择策略,将测试重点集中在某几个最能触发行为差异的状态上。此外,采用基于行为差异引导的消息序列选择策略,能够确定将哪个消息序列作为种子能够触发更多程序之间的行为差异。实验结果表明,本方法在触发的差异数上较NEZHA最高提升了14.6%,在覆盖路径数上较现有方法最高提升了15.6%,可以证明本文方法的有效性。(3)针对现有网络协议差分模糊测试工作在深入SSL/TLS协议实现的X.509证书验证时存在的测试用例多样性不足和证书生成策略有效性不足问题,提出了基于差异信息转移图的X.509证书验证差分测试方法,采用差异信息转移图进行测试引导,更充分地利用测试产生的差异信息,并通过回溯修复来确保产生的测试用例符合证书的语法规范。实验结果表明,本方法在每次迭代触发的验证差异数上较现有方法最高提升了6.8%、在覆盖路径数上较现有方法最高提升了3.4%,能够证明本方法的有效性。

关键词：漏洞挖掘协议模糊测试网络协议协议差分模糊测试模型学习

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防火墙安全测试系统的设计与实现

防火墙安全测试系统的设计与实现

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作者：王程北京邮电大学

学位级别：硕士

近几年来,互联网的快速发展极大程度地改善了人们的生活,与此同时各种网络安全事件也接踵而来,对个人、社会乃至国家造成了严重的安全威胁。防火墙是屏蔽外界攻击的第一道屏障,若防火墙被攻击者渗透,将无法保障内部网络的安全。据统计,2... 详细信息

近几年来,互联网的快速发展极大程度地改善了人们的生活,与此同时各种网络安全事件也接踵而来,对个人、社会乃至国家造成了严重的安全威胁。防火墙是屏蔽外界攻击的第一道屏障,若防火墙被攻击者渗透,将无法保障内部网络的安全。据统计,2014年到2016年仅Cisco ASA系列的防火墙被曝光的漏洞总数已高达40多个,由此可见防火墙自身面临着严重的安全威胁。为了使防火墙能够正确行使自己的职责——对内部网络进行充分保护,对防火墙进行安全性测试十分有必要。本文在对防火墙相关技术及脆弱性进行分析的基础上,设计并实现了防火墙安全测试系统。本文设计从“已知漏洞验证”和“协议模糊测试”两个角度对防火墙进行安全测试。主要研究内容如下:首先调研近五年主流防火墙和目标测试协议的漏洞信息搭建完成漏洞库;然后设计并实现了防火墙安全测试系统的总体结构框架,对框架中的目标系统扫描模块、漏洞库模块、已知漏洞验证模块、协议模糊测试模块和结果分析模块的设计进行了详细描述。其中协议模糊测试模块是本文研究的关键技术,本模块通过分析传统模糊测试技术和框架的局限性设计了针对防火墙的协议模糊测试框架FPFuzzer。FPFuzzer结合了测试协议的历史漏洞信息,很大程度提高了测试用例的有效性和全面性;设计了测试路径管理模块,实现对有状态协议交互过程的所有请求数据包的模糊测试,并通过变异会话交互流程检测协议通信中的逻辑错误;同时FPFuzzer采用多种监控手段相结合的方式对目标防火墙进行有效异常监控,并实现对触发异常的测试用例的准确定位。最后,通过本文实现的“防火墙安全测试系统”对Cisco防火墙进行安全测试,成功验证目标防火墙存在的“CVE-2014-3390”等4个已知漏洞,并通过协议模糊测试技术发现了目标防火墙在处理SNMP协议和IKE协议时存在的两个安全问题。由此证明本系统易用性强,且具有很好的扩展性和使用价值。

关键词：漏洞库协议模糊测试漏洞验证防火墙安全测试系统

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LTE中GTP协议安全性检测技术研究

LTE中GTP协议安全性检测技术研究

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作者：付震北京邮电大学

学位级别：硕士

随着LTE移动通信网络的飞速发展,它正在与用户的生活变得密不可分,但由于LTE移动通信网络的全IP化,使得针对于LTE移动通信网络的攻击越来越活跃,所以对于其安全性的研究变得非常重要。在当前安全学术界中,对LTE移动通信网络的安全性研... 详细信息

随着LTE移动通信网络的飞速发展,它正在与用户的生活变得密不可分,但由于LTE移动通信网络的全IP化,使得针对于LTE移动通信网络的攻击越来越活跃,所以对于其安全性的研究变得非常重要。在当前安全学术界中,对LTE移动通信网络的安全性研究非常之多,但是国内外对于LTE网络的安全研究主要面向于接入网中,更多考虑用户接入的时候所拥有的安全机制,而大部分对LTE核心网安全的研究也停留在概览阶段,没有针对重要协议进行细致分析。基于该背景,本文深入分析了核心网中的重要协议GTPv2协议的安全性,根据GTPv2协议字段及数据流程的特殊性,本文提出了一种针对GTPv2协议的独特模糊测试方法。本文的主要工作内容如下:1、提出了针对GTPv2协议的模糊测试模型。通过分析GTPv2协议格式及其组成元素的特性,制定了基于GTPv2协议信息元素的数据变异策略。同时通过分析GTPv2协议的交互流程及网元的状态转移方式,提出了基于有限状态机的网元状态转移序列生成算法和基于反馈的全畸形数据包序列模糊测试方法。2、设计了并实现了针对GTPv2协议的安全测试框架。框架包括了数据包发送,数据包变异生成和漏洞复现三大模块。数据包变异生成模块用于生成模糊测试用例。漏洞复现模块用以对模糊测试中所发现的崩溃进行相应的复现。3、利用设计的安全测试框架对OAI-LTE的4G模拟系统进行了GTPv2协议的模糊测试,成功发现了OAI中针对GTPv2协议处理部分存在的15个漏洞,所挖掘的漏洞都可以利用复现模块复现,验证了本文所设计针对GTPv2协议安全测试框架的漏洞挖掘能力。

关键词： GTPv2协议协议模糊测试状态机漏洞挖掘

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