[發明專利]基于QRNN神經網絡的Modbus TCP協議模糊測試方法

在審

• 申請號: 202310076279.0
• 申請日: 2023-01-18
• 公開（公告）號: CN116094972A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 謝昊飛;何莉;黃慶卿;李昭;李銳
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L43/18
• 分類號: H04L43/18;H04L43/50;H04L69/163;H04L12/40;G06N3/044
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

1.一種基于QRNN神經網絡的Modbus?TCP協議模糊測試方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：對Modbus?TCP協議進行模糊測試，監測響應狀態，將觸發異常的測試用例保存為有效測試用例集；

S2：對Modbus?TCP協議報文進行字段劃分，并按照字段進行隨機變異，將隨機變異之后的測試用例再次執行模糊測試，根據執行結果構建自定義變異字段決策表；

S3：基于QRNN神經網絡，將自定義變異字段決策表預處理之后作為預測輸入，構建適用于預測有效變異字段的預測模型；

S4：構建變異因子概率選擇模型，按照概率選擇所設計的變異因子，對測試用例進行變異，生成新的測試用例后執行模糊測試，根據變異之后漏洞觸發情況動態反饋調整不同變異因子的概率，從而構造更具針對性的測試用例。

2.根據權利要求1所述的基于QRNN神經網絡的Modbus?TCP協議模糊測試方法，其特征在于：步驟S1具體包括：

S11：構建初始測試用例集：搭建Modbus?TCP通信網絡，通過模糊測試工具AFL對ModbusTCP協議執行模糊測試，監測模糊測試執行狀態，對于觸發漏洞的測試用例，保存為初始有效測試用例集，獲得初始有效測試用例集；

S12：分析Modbus?TCP工業協議格式，其由協議頭部和數據域組成，協議頭部包括事務標識符、協議標識符、長度域、單元標識符和功能碼；數據域包括字節長度不固定的數據信息，表示控制指令的具體控制行為；

構造符合Modbus?TCP協議格式的測試用例，對測試用例按照字段進行劃分，劃分為字段向量X，并將X按照定義的字段形式進行分割：

X＝[x₁…x_i…x_c]?????(1)

其中x_i為測試用例字節流向量中第i個字段，c為測試用例向量的總字段個數；

S13：模糊測試過程中重復地對測試用例進行隨機變異，生成盡可能多的測試用例，對待測試協議執行模糊測試；針對變異過程，構造一組無規則的字符串作為變異因子，對協議中的原始字段進行導向變異，字段按字節長度進行分割，構造為字節向量F_org，f_i即為字段中第i個字節值：

F_org＝[f₁…f_i…f_l]

l為字段字節長度，變異因子對測試用例原始字段中某個或者某部分字節值進行變異，生成新的測試用例。

3.根據權利要求1所述的基于QRNN神經網絡的Modbus?TCP協議模糊測試方法，其特征在于：構造的變異因子包括：

特殊ASCII碼變異：通過“\r”、“％”、“@”、“\\”、“/”、“u”、“\”、“\t”特殊ASCII碼替換目標字段原始字符串；

字符串重復變異：重復目標字符值，構造類似AAAAAA……的超過協議字段規定長度的超長字符串；

字符串截斷變異：隨機截斷目標字段的原始字符串；

數值邊界值變異：協議字段數值范圍的邊界值及臨近值：{-1、0、1、0xff(±1)、0xffff(±1)}；

比特位變異：對字段中比特位進行按位翻轉等變異操作：Mutate(Bits)；

隨機數字串：創建隨機長度、隨機內容的數字串CreateRandom(num)。