基于構(gòu)造類別代數(shù)的協(xié)議安全測(cè)試研究.pdf

1、隨著通信協(xié)議的日益復(fù)雜，以及針對(duì)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(cuò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息安全。協(xié)議測(cè)試是協(xié)議工程的重要組成部分，是保證協(xié)議正常運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)協(xié)議測(cè)試方法以一致性測(cè)試為代表，主要關(guān)注于協(xié)議的功能性，無(wú)法保證協(xié)議實(shí)現(xiàn)的安全性，因此需要進(jìn)行協(xié)議安全測(cè)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(jì)錯(cuò)誤，例如導(dǎo)致使用者可以通過(guò)非法手段獲取到不合法的權(quán)限

2、。另一類是協(xié)議實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤，由于通信協(xié)議是軟件的一種，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程不可避免的引入錯(cuò)誤。本文中主要研究針對(duì)協(xié)議實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤的安全測(cè)試?yán)碚摵头椒ā?br>　　 現(xiàn)有針對(duì)協(xié)議安全測(cè)試的研究大都基于傳統(tǒng)形式化模型如有限狀態(tài)機(jī)等，采用隨機(jī)或手動(dòng)方法生成安全測(cè)試用例，通過(guò)觀察待測(cè)協(xié)議實(shí)現(xiàn)在測(cè)試過(guò)程中是否崩潰來(lái)檢測(cè)協(xié)議錯(cuò)誤。現(xiàn)有方法中存在以下不足之處：首先，安全測(cè)試大都針對(duì)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(cè)試的需求。其次，協(xié)

3、議實(shí)現(xiàn)中可能存在的錯(cuò)誤集合是無(wú)窮的，現(xiàn)有方法無(wú)法分析和評(píng)估測(cè)試的覆蓋率。最后，協(xié)議崩潰只是協(xié)議錯(cuò)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(cè)試，檢錯(cuò)能力有限。
　　 本文中對(duì)基于構(gòu)造類別代數(shù)的協(xié)議安全測(cè)試?yán)碚摵头椒ㄟM(jìn)行了研究，主要工作集中在以下幾個(gè)方面：
　　 1)提出了擴(kuò)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(gè)擴(kuò)充，適用于描述協(xié)議的數(shù)據(jù)流。本文對(duì)構(gòu)造類別代數(shù)的基本定義進(jìn)行了擴(kuò)展：首先增加了對(duì)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(cè)試過(guò)程中報(bào)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(duì)公理形式進(jìn)行了擴(kuò)展，增強(qiáng)其描述協(xié)議行為的能力。擴(kuò)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(qiáng)，可用于協(xié)議安全測(cè)試的研究。
　　 2)提出了基于變異分析的協(xié)議安全測(cè)試方法
　　 變異分析是基于錯(cuò)誤模型的測(cè)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(gè)變異體對(duì)應(yīng)于一類協(xié)議實(shí)現(xiàn)可能存在的錯(cuò)誤。通過(guò)設(shè)計(jì)變異算子，可以限制協(xié)議實(shí)現(xiàn)中可能錯(cuò)誤的規(guī)模，此外可以更有針對(duì)性構(gòu)造測(cè)試用例，有效解決現(xiàn)有研究中存在的問(wèn)題。
　　 本文對(duì)變異分析在構(gòu)造類別代數(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。首先設(shè)計(jì)了幾類針對(duì)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(guò)程。而后分析了產(chǎn)生等價(jià)變異體的原因，給出了一個(gè)基于公理優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)遞推，生成非等價(jià)變異體及其對(duì)應(yīng)變異

6、單元集合的算法。
　　 3)提出了協(xié)議安全測(cè)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(cè)試序列的方法，由于構(gòu)造類別代數(shù)中同時(shí)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(cè)試序列的過(guò)程中，需要同時(shí)考慮到控制流狀態(tài)的可達(dá)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(cè)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(shù)正向推導(dǎo)安全測(cè)試序列生成方法。最后提出了一個(gè)結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)

7、測(cè)試的協(xié)議安全測(cè)試序列生成方法，實(shí)驗(yàn)證明該方法可以有效減少協(xié)議測(cè)試序列的總長(zhǎng)度，降低測(cè)試代價(jià)。
　　 4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了分布式協(xié)議測(cè)試系統(tǒng)
　　 本文中設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式的協(xié)議安全測(cè)試系統(tǒng)，包括了一個(gè)主控中心和多個(gè)代理節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)基于底層支撐庫(kù)的支持，將協(xié)議測(cè)試過(guò)程描述為對(duì)應(yīng)的測(cè)試用例，并通過(guò)協(xié)調(diào)主控中心和分布式代理節(jié)點(diǎn)的行為，提供了對(duì)協(xié)議自動(dòng)化測(cè)試的支持。該系統(tǒng)可用于協(xié)議的一致性測(cè)試和安全測(cè)試的研究中，大大提高測(cè)試用例