基于程序語(yǔ)義分析的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和各種接入互聯(lián)網(wǎng)終端的廣泛使用，網(wǎng)絡(luò)和人們的生產(chǎn)生活關(guān)系日益緊密，因而網(wǎng)絡(luò)安全也受到更加廣泛的關(guān)注。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序功能邏輯的核心，然而網(wǎng)絡(luò)協(xié)議缺陷廣泛存在，像“心血”、“毒液”等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議缺陷導(dǎo)致了整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)范圍的安全危機(jī)。因而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行高效測(cè)試的重要性不言而喻。
　　對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試，關(guān)鍵就在于對(duì)其協(xié)議一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，即檢驗(yàn)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)和協(xié)議設(shè)計(jì)規(guī)范之間的一致性。但是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試復(fù)雜，覆蓋

2、協(xié)議處理程序的所有分支是一個(gè)組合爆炸問題，而且進(jìn)行測(cè)試的測(cè)試用例必須符合網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的報(bào)文格式規(guī)范。另一方面，已有的協(xié)議測(cè)試方法，如形式化驗(yàn)證、模糊測(cè)試和基于動(dòng)態(tài)測(cè)試用例生成的協(xié)議測(cè)試方法存在不足。形式化驗(yàn)證中，我們很難確保推理得到的協(xié)議實(shí)現(xiàn)模型的準(zhǔn)確性；模糊測(cè)試在生成測(cè)試用例時(shí)具有很大程度的盲目性；而已有的基于動(dòng)態(tài)測(cè)試用例生成的方法存在對(duì)操作系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用等信息的依賴等問題，因而跨平臺(tái)適用性不好。此外，由于協(xié)議測(cè)試中需要對(duì)協(xié)議處理程序的每個(gè)

3、分支或協(xié)議狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，所以需要頻繁地進(jìn)行回退，同時(shí)就需要對(duì)協(xié)議處理程序執(zhí)行的內(nèi)存和磁盤信息記錄下來(lái)。而已有的測(cè)試方法中，在對(duì)協(xié)議執(zhí)行狀態(tài)進(jìn)行回放和重復(fù)測(cè)試時(shí)，執(zhí)行狀態(tài)的存儲(chǔ)和恢復(fù)效率低，嚴(yán)重影響了自動(dòng)化協(xié)議測(cè)試的效率。
　　本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于程序語(yǔ)義分析的協(xié)議測(cè)試方法，避免了已有系統(tǒng)對(duì)操作系統(tǒng)平臺(tái)的依賴性。通過增量式快照文件系統(tǒng)大幅度提升了協(xié)議狀態(tài)的存儲(chǔ)和恢復(fù)效率，提升了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自動(dòng)化測(cè)試性能。本文主要的工作內(nèi)容包括以

4、下四點(diǎn)：
　　1）采用結(jié)構(gòu)化分析的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理程序進(jìn)行分析，得到程序底層的基本語(yǔ)義信息。通過不同的控制結(jié)構(gòu)與報(bào)文字段之間的綁定分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議報(bào)文的分割和語(yǔ)義推斷，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文格式的重構(gòu)。在此基礎(chǔ)上通過污點(diǎn)傳播收集了與報(bào)文污點(diǎn)相關(guān)的控制條件約束，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試用例的生成和協(xié)議測(cè)試；
　　2）將動(dòng)態(tài)污點(diǎn)傳播技術(shù)擴(kuò)展到多個(gè)協(xié)議執(zhí)行實(shí)體，通過考察正常協(xié)議交互時(shí)的污點(diǎn)傳播關(guān)系，在協(xié)議測(cè)試中，檢測(cè)異常的協(xié)議執(zhí)行實(shí)體間

5、污點(diǎn)傳播關(guān)系，發(fā)現(xiàn)信息泄露等類型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議缺陷；
　　3）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套增量式快照文件系統(tǒng)，以分布式Key-Value數(shù)據(jù)庫(kù)作為文件系統(tǒng)底層存儲(chǔ)引擎，將協(xié)議執(zhí)行狀態(tài)快照所采用的層次化數(shù)據(jù)模型高效映射到Key-Value數(shù)據(jù)模型，采用基于線段樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，提升了協(xié)議狀態(tài)存儲(chǔ)和恢復(fù)的效率。該文件系統(tǒng)大幅度提升了測(cè)試平臺(tái)自動(dòng)化協(xié)議測(cè)試的效率；
　　4）針對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測(cè)試的特點(diǎn)，通過以上技術(shù)構(gòu)造了一個(gè)基于程序語(yǔ)義分析的網(wǎng)絡(luò)協(xié)