[發(fā)明專利]一種基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610094014.3
• 申請(qǐng)日: 2016-02-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105763392B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪征;吳禮發(fā);張亞豐;田益凡;賴海光;李華波;鄭成輝;黃康宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L12/26
• 分類(lèi)號(hào): H04L12/26;H04L29/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）協(xié)議狀態(tài)機(jī)提取：采用協(xié)議狀態(tài)機(jī)提取方法，即采用開(kāi)源協(xié)議逆向分析項(xiàng)目Netzob的協(xié)議狀態(tài)機(jī)提取方法，其基本流程是：在協(xié)議通信報(bào)文樣本集的基礎(chǔ)上，利用請(qǐng)求詢問(wèn)和應(yīng)答反饋不斷擴(kuò)充原始通信報(bào)文樣本集，判斷所推斷的候選協(xié)議狀態(tài)機(jī)是否與真實(shí)協(xié)議狀態(tài)機(jī)一致，當(dāng)滿足協(xié)議狀態(tài)機(jī)等價(jià)條件時(shí)輸出協(xié)議狀態(tài)機(jī)；在獲得待測(cè)工控協(xié)議的協(xié)議狀態(tài)機(jī)后，將協(xié)議狀態(tài)機(jī)表示為XML語(yǔ)言描述的腳本文件；

（2）報(bào)文序列庫(kù)的構(gòu)建：基于協(xié)議狀態(tài)機(jī)，收集并存儲(chǔ)工控協(xié)議實(shí)體程序間的正常交互報(bào)文；確保對(duì)于一個(gè)工控協(xié)議實(shí)體程序，當(dāng)其處于初始狀態(tài)時(shí)，能夠通過(guò)一系列的正常交互報(bào)文，將工控協(xié)議實(shí)體程序引導(dǎo)至協(xié)議狀態(tài)機(jī)中的任意一個(gè)工控協(xié)議狀態(tài)，或者說(shuō)，報(bào)文序列庫(kù)收集并存儲(chǔ)了足夠多的正常交互報(bào)文，能夠?qū)⒐た貐f(xié)議實(shí)體程序由初始狀態(tài)引導(dǎo)到任意一個(gè)后續(xù)協(xié)議狀態(tài)；

（3）協(xié)議狀態(tài)的引導(dǎo)：為了提高測(cè)試的深度，增加覆蓋率，需要對(duì)協(xié)議狀態(tài)機(jī)包含的各個(gè)協(xié)議狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，從而有效發(fā)現(xiàn)工控組件處于不同協(xié)議狀態(tài)時(shí)存在的安全漏洞；在測(cè)試過(guò)程中，需要將工控組件通過(guò)正常的交互報(bào)文引導(dǎo)至需要測(cè)試的某一個(gè)工控協(xié)議狀態(tài)，在該協(xié)議狀態(tài)下對(duì)工控組件實(shí)施模糊測(cè)試；

（4）測(cè)試用例的發(fā)送與存儲(chǔ)：在將工控協(xié)議實(shí)體程序引導(dǎo)到待測(cè)狀態(tài)后，基于模糊測(cè)試的報(bào)文變異知識(shí)對(duì)工控協(xié)議報(bào)文進(jìn)行變異，向工控協(xié)議實(shí)體程序發(fā)送經(jīng)過(guò)變異的報(bào)文實(shí)施測(cè)試；此外，為了便于后續(xù)分析，將存儲(chǔ)所發(fā)送的測(cè)試用例；

（5）基于心跳的異常監(jiān)測(cè)：在發(fā)送完一個(gè)測(cè)試用例后，需要發(fā)送用于探測(cè)工控組件活躍情況的心跳報(bào)文，對(duì)被測(cè)工控組件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷被測(cè)對(duì)象是否處于正常活躍狀態(tài)，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于測(cè)試用例發(fā)送而導(dǎo)致的協(xié)議異常；

（6）導(dǎo)致異常的測(cè)試報(bào)文定位：工控協(xié)議的處理異常會(huì)由單個(gè)報(bào)文引起，也會(huì)由報(bào)文序列導(dǎo)致；為了準(zhǔn)確定位導(dǎo)致異常的測(cè)試報(bào)文，需要在測(cè)試端存儲(chǔ)近期所發(fā)送的測(cè)試報(bào)文；當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，將被測(cè)工控組件重置為正常工作狀態(tài)，依據(jù)所存儲(chǔ)的報(bào)文進(jìn)行回溯，確定導(dǎo)致異常的報(bào)文或者報(bào)文序列。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，前述步驟（2）報(bào)文序列庫(kù)的構(gòu)建階段的工作流程如下：基于協(xié)議狀態(tài)機(jī)，采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)技術(shù)進(jìn)行報(bào)文信息收集；每個(gè)工控協(xié)議狀態(tài)，需要一系列的報(bào)文交互才會(huì)到達(dá)；采用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)技術(shù)，捕獲從工控協(xié)議初始狀態(tài)開(kāi)始，到達(dá)每個(gè)特定協(xié)議狀態(tài)的報(bào)文交互序列，并將報(bào)文交互序列以及它們所能夠到達(dá)的報(bào)文狀態(tài)一并存儲(chǔ)在報(bào)文序列庫(kù)中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，前述步驟（3）協(xié)議狀態(tài)的引導(dǎo)階段的工作流程如下：為了便于將工控組件設(shè)置為不同的協(xié)議狀態(tài)進(jìn)行模糊測(cè)試，需要進(jìn)行協(xié)議狀態(tài)的引導(dǎo)；對(duì)于選定的任意一個(gè)協(xié)議狀態(tài)，首先將工控組件設(shè)置為初始狀態(tài)，依據(jù)報(bào)文序列庫(kù)中的信息，向工控組件發(fā)送報(bào)文，通過(guò)一系列的報(bào)文交互，使工控組件到達(dá)指定的被測(cè)狀態(tài)；即需要測(cè)試的工控協(xié)議狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，前述步驟（4）測(cè)試用例的發(fā)送與存儲(chǔ)階段的工作流程如下：在將工控組件引導(dǎo)到待測(cè)狀態(tài)后，將對(duì)屬于該協(xié)議狀態(tài)的正常網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行變異，生成測(cè)試用例；報(bào)文的變異將依據(jù)模糊測(cè)試的變異知識(shí)實(shí)施，對(duì)于字符串類(lèi)型的數(shù)據(jù)采用超長(zhǎng)或超短字符串、格式化字符串進(jìn)行替代；數(shù)值類(lèi)型采用0xff+1、0xffff能夠觸發(fā)整數(shù)溢出漏洞的數(shù)值替換；在測(cè)試用例生成以后，將用例由測(cè)試端發(fā)送給被測(cè)的工控組件，以期在被測(cè)端觸發(fā)異常；同時(shí)，由于在觸發(fā)異常時(shí)需要對(duì)近期發(fā)送的測(cè)試用例加以分析，因此，采用先進(jìn)先出的隊(duì)列對(duì)發(fā)送的測(cè)試用例進(jìn)行存儲(chǔ)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，前述步驟（5）基于心跳的異常監(jiān)測(cè)階段的工作流程如下：采用基于心跳的異常監(jiān)測(cè)方法，所述心跳報(bào)文，指的是向被測(cè)設(shè)備發(fā)送的探測(cè)報(bào)文，判斷向被測(cè)設(shè)備是否處于活躍狀態(tài)；在模糊測(cè)試過(guò)程中，每向被測(cè)設(shè)備發(fā)送一個(gè)測(cè)試報(bào)文，就在設(shè)定的一小段時(shí)間之后，向被測(cè)設(shè)備發(fā)送心跳報(bào)文，依據(jù)被測(cè)設(shè)備是否發(fā)回預(yù)期的響應(yīng)報(bào)文來(lái)判斷被測(cè)設(shè)備是否處于活躍狀態(tài)；如果收到的響應(yīng)報(bào)文，認(rèn)為設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)異常；如果沒(méi)有收到響應(yīng)，則認(rèn)為測(cè)試用例在設(shè)備端觸發(fā)了異常。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于協(xié)議狀態(tài)的工控協(xié)議模糊測(cè)試方法，其特征在于，前述步驟（6）導(dǎo)致異常的測(cè)試報(bào)文定位階段的工作流程如下：在模糊測(cè)試過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備出現(xiàn)異常，需要停止測(cè)試，確定是由于哪個(gè)報(bào)文或者哪個(gè)報(bào)文序列導(dǎo)致的異常；為了便于分析，在測(cè)試端存儲(chǔ)近期所發(fā)送的測(cè)試報(bào)文，同時(shí)記錄最近所測(cè)試的工控協(xié)議狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，首先依據(jù)最近所測(cè)試的工控協(xié)議狀態(tài)，重置被測(cè)工控組件；依據(jù)報(bào)文序列庫(kù)，通過(guò)正常的報(bào)文交互，將工控組件引導(dǎo)到最近測(cè)試的協(xié)議狀態(tài)，而后開(kāi)始回溯判定；首先發(fā)送最近發(fā)送的第一個(gè)測(cè)試報(bào)文，觀察被測(cè)工控組件是否表現(xiàn)異常；如果沒(méi)有出現(xiàn)異常，則將被測(cè)工控組件重置為正常工作狀態(tài)，并依次發(fā)送最近發(fā)送的兩個(gè)測(cè)試報(bào)文，觀察被測(cè)工控組件是否出現(xiàn)異常；如果沒(méi)有出現(xiàn)異常，則將被測(cè)工控組件進(jìn)行狀態(tài)重置，并依次發(fā)送最近發(fā)送的三個(gè)測(cè)試報(bào)文；以此類(lèi)推，直到確定導(dǎo)致異常的報(bào)文序列。