基于構(gòu)造類別代數(shù)的協(xié)議安全測試研究.pdf

1、隨著通信協(xié)議的日益復(fù)雜，以及針對協(xié)議漏洞的攻擊手段和技術(shù)的不斷發(fā)展，因協(xié)議出錯而引起的網(wǎng)絡(luò)異常甚至崩潰現(xiàn)象層出不窮，危害了整個網(wǎng)絡(luò)的信息安全。協(xié)議測試是協(xié)議工程的重要組成部分，是保證協(xié)議正常運行的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)協(xié)議測試方法以一致性測試為代表，主要關(guān)注于協(xié)議的功能性，無法保證協(xié)議實現(xiàn)的安全性，因此需要進行協(xié)議安全測試的研究。
　　 協(xié)議存在的安全漏洞可以分為兩類，一類是協(xié)議設(shè)計錯誤，例如導(dǎo)致使用者可以通過非法手段獲取到不合法的權(quán)限

2、。另一類是協(xié)議實現(xiàn)錯誤，由于通信協(xié)議是軟件的一種，其實現(xiàn)過程不可避免的引入錯誤。本文中主要研究針對協(xié)議實現(xiàn)錯誤的安全測試理論和方法。
　　 現(xiàn)有針對協(xié)議安全測試的研究大都基于傳統(tǒng)形式化模型如有限狀態(tài)機等，采用隨機或手動方法生成安全測試用例，通過觀察待測協(xié)議實現(xiàn)在測試過程中是否崩潰來檢測協(xié)議錯誤。現(xiàn)有方法中存在以下不足之處：首先，安全測試大都針對協(xié)議的數(shù)據(jù)流，而傳統(tǒng)形式化模型描述協(xié)議數(shù)據(jù)流能力有限，不能滿足安全測試的需求。其次，協(xié)

3、議實現(xiàn)中可能存在的錯誤集合是無窮的，現(xiàn)有方法無法分析和評估測試的覆蓋率。最后，協(xié)議崩潰只是協(xié)議錯誤可能導(dǎo)致的結(jié)果之一，現(xiàn)有方法更接近于魯棒性測試，檢錯能力有限。
　　 本文中對基于構(gòu)造類別代數(shù)的協(xié)議安全測試理論和方法進行了研究，主要工作集中在以下幾個方面：
　　 1)提出了擴展的構(gòu)造類別代數(shù)模型
　　 構(gòu)造類別代數(shù)是代數(shù)規(guī)范的一個擴充，適用于描述協(xié)議的數(shù)據(jù)流。本文對構(gòu)造類別代數(shù)的基本定義進行了擴展：首先增加了對協(xié)

4、議控制流狀態(tài)的描述，并將其同內(nèi)部環(huán)境變量結(jié)合，給出了協(xié)議狀態(tài)的定義。而后根據(jù)協(xié)議測試過程中報文的不同流向，重新定義了可控制和可觀察操作，給出了可控制函數(shù)的一般形式。最后，對公理形式進行了擴展，增強其描述協(xié)議行為的能力。擴展后的模型具有同EFSM相同的控制流描述能力，但數(shù)據(jù)流描述能力更強，可用于協(xié)議安全測試的研究。
　　 2)提出了基于變異分析的協(xié)議安全測試方法
　　 變異分析是基于錯誤模型的測試方法，將其應(yīng)用于基于構(gòu)造類

5、別代數(shù)的協(xié)議規(guī)范中，可以得到一系列規(guī)范的變異體，每個變異體對應(yīng)于一類協(xié)議實現(xiàn)可能存在的錯誤。通過設(shè)計變異算子，可以限制協(xié)議實現(xiàn)中可能錯誤的規(guī)模，此外可以更有針對性構(gòu)造測試用例，有效解決現(xiàn)有研究中存在的問題。
　　 本文對變異分析在構(gòu)造類別代數(shù)中的應(yīng)用進行了研究。首先設(shè)計了幾類針對構(gòu)造類別代數(shù)的變異算子，分析了應(yīng)用算子以生成變異體的過程。而后分析了產(chǎn)生等價變異體的原因，給出了一個基于公理優(yōu)先級動態(tài)遞推，生成非等價變異體及其對應(yīng)變異

6、單元集合的算法。
　　 3)提出了協(xié)議安全測試序列生成方法
　　 本文中研究了基于變異體生成協(xié)議安全測試序列的方法，由于構(gòu)造類別代數(shù)中同時描述了協(xié)議的控制流和數(shù)據(jù)流，因此在生成協(xié)議安全測試序列的過程中，需要同時考慮到控制流狀態(tài)的可達性和數(shù)據(jù)流狀態(tài)的可執(zhí)行性。
　　 本文中分析了變異單元同安全測試序列的關(guān)系，先后給出了基于公理代入和逆向推導(dǎo)，以及基于可執(zhí)行樹正向推導(dǎo)安全測試序列生成方法。最后提出了一個結(jié)合主動和被動

7、測試的協(xié)議安全測試序列生成方法，實驗證明該方法可以有效減少協(xié)議測試序列的總長度，降低測試代價。
　　 4)設(shè)計并實現(xiàn)了分布式協(xié)議測試系統(tǒng)
　　 本文中設(shè)計并實現(xiàn)了一個分布式的協(xié)議安全測試系統(tǒng)，包括了一個主控中心和多個代理節(jié)點。系統(tǒng)基于底層支撐庫的支持，將協(xié)議測試過程描述為對應(yīng)的測試用例，并通過協(xié)調(diào)主控中心和分布式代理節(jié)點的行為，提供了對協(xié)議自動化測試的支持。該系統(tǒng)可用于協(xié)議的一致性測試和安全測試的研究中，大大提高測試用例