[發(fā)明專利]一種變分自編碼的模糊測試測試用例生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910312163.6
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110113227B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付敬奇;曹一帆;易慕白;張越;沈仁亮
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H04L43/50
• 分類號: H04L43/50;H04L43/18;H04L43/12;G06N20/00;G06F11/36;H04L9/40
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明公開了一種變分自編碼的模糊測試測試用例生成方法，包括以下步驟：A、針對不同的測試對象，采集符合測試對象協(xié)議格式的通信數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本；B、通過VAE的編碼器，提取得到訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本的特征空間；C、提出三種生成策略，并根據(jù)三種數(shù)據(jù)生成策略，生成對應(yīng)的特征空間；D、根據(jù)生成的新的特征空間，通過VAE的解碼器，生成新的測試用例。該方法可以應(yīng)用于多種不同的工控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而不是針對某一種協(xié)議。其最大特點是通過機器學(xué)習(xí)的方法學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的特征，并根據(jù)特征以及VAE技術(shù)生成新的測試用例，避免了傳統(tǒng)模糊測試生成測試用例時需要測試人員熟練掌握協(xié)議相關(guān)知識，極大減少了測試人員的負(fù)擔(dān)，增加了測試的效率以及范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模糊測試測試用例生成方法，具體為一種變分自編碼的模糊測試測試用例生成方法，屬于測試用例生成方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

模糊測試通過生成大量非正常數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給測試對象，期望發(fā)現(xiàn)能夠造成測試對象出現(xiàn)工作異?，F(xiàn)象的數(shù)據(jù)。通過檢測技術(shù)將異常數(shù)據(jù)記錄分析，從而發(fā)現(xiàn)隱藏在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的漏洞。按照模糊測試的定義，其具體步驟可分為如下三步，如圖1所示。模糊測試是一種灰盒測試，其不需要提前獲得測試對象的全部源代碼，但是需要生成能夠被工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接受的非正常數(shù)據(jù)，因為工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備會將不符合其協(xié)議格式的數(shù)據(jù)直接丟棄。因此模糊測試測試用例的生成是模糊測試的關(guān)鍵，如何生成能夠造成測試目標(biāo)工作異常的數(shù)據(jù)，常見的現(xiàn)象如造成測試目標(biāo)拒絕服務(wù)，是模糊測試的目標(biāo)，也是目前大多數(shù)研究的重點。

變分自編碼（Variational Autoencoder，VAE）是一種數(shù)據(jù)生成模型，由Kingma等人在2013年提出，后經(jīng)過不斷的發(fā)展，目前被廣泛應(yīng)用于圖像生成領(lǐng)域。VAE作為無監(jiān)督學(xué)習(xí)的一種，可以通過學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)與隱編碼空間以及隱編碼空間與數(shù)據(jù)生成空間的特征映射，進(jìn)而在輸出端重構(gòu)生成輸入數(shù)據(jù)。因此，通過改變的數(shù)據(jù)樣本的隱空間編碼，并使用解碼器將數(shù)據(jù)特征還原，從而可以根據(jù)要求重構(gòu)生成新數(shù)據(jù)。VAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為編碼器部分（encoder）與解碼器（decoder）部分，VAE的編碼器部分與自編碼器（AE）的編碼器部分功能相同，都是通過深度網(wǎng)絡(luò)提取樣本數(shù)據(jù)的特征。VAE的解碼器部分與自編碼器的解碼器部分同樣功能相同，都是將提取的特征重構(gòu)還原成原始數(shù)據(jù)。不同的是VAE在訓(xùn)練時加入噪聲，使得解碼器對噪聲有魯棒性，因此VAE可以將原始特征附近的特征還原成新數(shù)據(jù)，從而具有更好的“創(chuàng)造”能力。VAE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

目前，模糊測試測試用例生成方法主要有兩種方式，基于變異的測試用例生成方法和基于生成的測試用例生成方法。基于變異的測試用例生成方法通過對工控網(wǎng)絡(luò)中正常數(shù)據(jù)進(jìn)行抓包，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行變異從而生成非正常數(shù)據(jù)。基于變異的測試用例生成方法不需要工控通信協(xié)議結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，因此容易生成測試數(shù)據(jù)。但是由于基于變異的測試用例生成方法生成的數(shù)據(jù)會造成數(shù)據(jù)不符合通信協(xié)議格式，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)實際并沒有發(fā)送到測試對象而是被丟棄?；谏傻臏y試用例生成方法通過對格式公開的協(xié)議，如Modbus /TCP、DNP3等進(jìn)行解析，能夠直接生成滿足協(xié)議格式的測試用例。然后對測試用例的不同字段用不同的變異策略進(jìn)行變異，生成能夠被工控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接受的非正常數(shù)據(jù)?；谏傻臏y試用例生成方法生成的數(shù)據(jù)可以直接被測試對象接收，擁有更高的接受率，因此是目前大多數(shù)研究的熱點，但是，此方法需要研究人員熟練掌握協(xié)議相關(guān)知識，這極大增加了模糊測試的測試時間以及測試難度，而且對協(xié)議格式不公開的私有協(xié)議，無法生成測試用例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為了解決上述問題，提供一種變分自編碼的模糊測試測試用例生成方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種變分自編碼的模糊測試測試用例生成方法，包括以下步驟：

步驟A、針對不同的測試對象，采集符合測試對象協(xié)議格式的通信數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本；