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覆盖率制导的灰盒模糊测试研究综述

计算机学报 2024年

作者：崔展齐张家铭郑丽伟陈翔南通大学信息科学技术学院北京科技大学计算机与通信工程学院北京信息科技大学计算机学院

由于部署简单、可扩展性强、挖掘到大量真实漏洞等原因，模糊测试得到了科研和工程人员的广泛关注。其中，覆盖率制导的灰盒模糊测试（Coverage-guided Greybox Fuzzing，简称CGF）以被测程序代码覆盖率为反馈信息，可对软件进行较为充... 详细信息

由于部署简单、可扩展性强、挖掘到大量真实漏洞等原因，模糊测试得到了科研和工程人员的广泛关注。其中，覆盖率制导的灰盒模糊测试（Coverage-guided Greybox Fuzzing，简称CGF）以被测程序代码覆盖率为反馈信息，可对软件进行较为充分的自动化测试，有效地保障软件质量，是目前最为流行的一类模糊测试技术。研究人员为改进CGF投入了大量精力，产生了许多研究成果。然而，目前并未有研究针对CGF的已有研究工作进行系统性综述。为此，本文分析了近年来CGF的相关重要研究成果，将CGF流程划分为4个阶段：预处理、测试用例选择、测试用例演化和测试用例评估，并系统地分阶段分析了已有研究进展。此外，针对现有工作中评估分析设置不一致的问题，本文整理了CGF领域中常用的测试对象、实验设置及评估指标。最后，基于对已有研究进展的分析，阐述了CGF目前在预处理、测试用例选择等阶段存在的局限性、可能的解决方案以及未来的研究方向。

关键词：模糊测试灰盒测试覆盖率测试用例

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一种基于协议格式智能推断的灰盒测试技术

计算机工程 2023年第12期49卷 129-135,145页

作者：刘华玉甘水滔尹小康柳晓龙刘胜利李宏亮战略支援部队信息工程大学网络空间安全学院郑州450001 数学工程与先进计算国家重点实验室江苏无锡214215 清华大学网络研究院北京100084 江南计算技术研究所江苏无锡214083

通信协议可保障网络应用和物联网设备之间的通信,但其在设计或实现中存在的脆弱性会带来严重的安全威胁和隐患。模糊测试技术作为一种软件安全分析的有效方法,在针对网络协议的脆弱性分析中表现出高效的性能和无可比拟的优势。现有的针... 详细信息

通信协议可保障网络应用和物联网设备之间的通信,但其在设计或实现中存在的脆弱性会带来严重的安全威胁和隐患。模糊测试技术作为一种软件安全分析的有效方法,在针对网络协议的脆弱性分析中表现出高效的性能和无可比拟的优势。现有的针对网络协议的灰盒测试技术仍依赖于人工识别协议格式来辅助测试,并且变异策略的设计更偏向于位和字节的变异,忽略了协议消息本身的格式信息,导致在测试时性能不佳。针对上述问题,提出一种基于对齐聚类的智能化协议格式推断模型ProCluster,用于指导灰盒测试中协议状态机构建和种子的变异。该模型通过自动提取协议关键字和推断相应类型,辅助协议灰盒测试模型构建更精准的种子变异策略,从而生成更符合协议规范的测试用例,以此加速提升模糊测试的代码覆盖能力和脆弱路径发现能力。实验结果表明,在对TinyDTLS、OpenSSL等程序的模糊测试中,与典型协议灰盒测试工具AFLNet相比,ProCluster的边覆盖率能够提升75%~182%,并且在TinyDTLS中发现一个缓冲区溢出漏洞样本。

关键词：灰盒测试协议逆向变异策略网络协议漏洞挖掘

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面向机载软件适航验证的灰盒测试方法

系统工程与电子技术 2012年第8期34卷 1729-1734页

作者：周庆刘斌余正伟北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191

针对国内大飞机及新一代战机机载软件综合化、模块化的特点,根据机载软件适航验证要求,在分析传统黑、白盒测试方法与DO-178B《机载系统和设备合格审定的软件考虑》中软件验证要求适用性的基础上,应用灰盒理论,建立了满足软件适航验证... 详细信息

针对国内大飞机及新一代战机机载软件综合化、模块化的特点,根据机载软件适航验证要求,在分析传统黑、白盒测试方法与DO-178B《机载系统和设备合格审定的软件考虑》中软件验证要求适用性的基础上,应用灰盒理论,建立了满足软件适航验证要求的灰盒测试方法及其应用过程,并对该方法展开了分析,说明了其局限性,并对测试环境提出了新的需求。

关键词：软件适航软件验证灰盒测试 DO-178B 机载软件

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数字化转型中对灰盒测试的探索与实践

中国金融电脑 2023年第6期 69-72页

作者：周颖易蕾袁亚辉中国工商银行业务研发中心

数字化转型背景下,为进一步提升系统测试效能和服务体验,工商银行业务研发中心深入开展针对灰盒测试的探索与实践,在测试环境复用、风险程序筛查、测试范围定位等领域取得显著成效。基于上述实践,笔者结合测试对象数字化、灰盒化以及高... 详细信息

数字化转型背景下,为进一步提升系统测试效能和服务体验,工商银行业务研发中心深入开展针对灰盒测试的探索与实践,在测试环境复用、风险程序筛查、测试范围定位等领域取得显著成效。基于上述实践,笔者结合测试对象数字化、灰盒化以及高风险接口设计等角度,详细阐述了有效提升验收测试准确度和工作效率的实践路径和方法。

关键词：灰盒测试测试对象服务调用链路接口服务设计

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面向对象系统灰盒测试模型的研究与应用

计算机工程与设计 2007年第15期28卷 3551-3553,3562页

作者：张懋张茂林杨海燕柳永坡北京航空航天大学软件工程研究所北京100083

白盒测试是保证高可靠性软件质量的有效手段。由于传统白盒测试成本较高,且具有相对的局限性,对大型可靠性软件实施测试可能并不实用。因此,在实际测试过程中需要使用一套黑盒和白盒相结合的灰盒测试的工程化方法。结合实际项目,给出了... 详细信息

白盒测试是保证高可靠性软件质量的有效手段。由于传统白盒测试成本较高,且具有相对的局限性,对大型可靠性软件实施测试可能并不实用。因此,在实际测试过程中需要使用一套黑盒和白盒相结合的灰盒测试的工程化方法。结合实际项目,给出了一个灰盒测试模型,并将该模型应用于大型面向对象系统的测试中,验证了模型的有效性。

关键词：灰盒测试代码审查功能测试覆盖测试回归测试

基于灰盒测试的计算机联锁系统软件自动测试研究

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2010年第5期33卷 670-673,682页

作者：程磊李卢强程运安合肥工业大学计算机与信息学院安徽合肥230009

安全是铁路运输生产永恒的主题,联锁软件是保障铁路车站列车或机车作业安全的关键软件,而高效、充分的测试对于保证其安全性具有举足轻重的作用。文章描述了被测联锁系统的体系结构以及自动测试系统的设计,采用了基于灰盒测试方法来完... 详细信息

安全是铁路运输生产永恒的主题,联锁软件是保障铁路车站列车或机车作业安全的关键软件,而高效、充分的测试对于保证其安全性具有举足轻重的作用。文章描述了被测联锁系统的体系结构以及自动测试系统的设计,采用了基于灰盒测试方法来完成对计算机联锁系统各部分软件的功能与性能测试。

关键词：计算机联锁自动测试黑盒测试白盒测试灰盒测试

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面向系统内核的灰盒测试技术研究

面向系统内核的灰盒测试技术研究

作者：涂序文江南大学

学位级别：硕士

内核是构建操作系统的核心,它运行在系统的最高特权层,提供着对硬件访问的安全防护与上层应用的资源抽象,同时维护着用户与系统间的安全隔离,是整个操作系统安全运行的保障。然而,由于内核的代码数量庞大、攻击模式多样、数据结构复杂,... 详细信息

内核是构建操作系统的核心,它运行在系统的最高特权层,提供着对硬件访问的安全防护与上层应用的资源抽象,同时维护着用户与系统间的安全隔离,是整个操作系统安全运行的保障。然而,由于内核的代码数量庞大、攻击模式多样、数据结构复杂,越来越多的内核安全漏洞被挖掘。一旦攻击者通过内核漏洞突破操作系统的防护,便可以获得最高的系统权限,实施包括执行任意代码在内的多种攻击行为。对于内核的安全测试,现有的测试方法面临测试规模小、测试速率慢、测试例不准确、覆盖率低等问题,无法满足代码规模迅速增加的系统内核测试。针对现有方法测试规模小、测试速率慢等问题,本文提出一种基于覆盖率制导的并行内核灰盒测试模型,并进一步针对测试例不准确、覆盖率低等问题,提出一种序列驱动的输入生成模型,最后将两种模型融合,并利用QEMU-KVM提升测试性能。本文的主要研究内容包括:1)提出一种基于覆盖率制导的内核漏洞并行灰盒测试模型DisModel,模型包括并行模块、覆盖率制导模块、脆弱性监测模块。其中并行模块和覆盖率制导模块以代码覆盖率为导向,以计算节点和控制节点组成的星型结构作为并行模型,各计算节点通过代码覆盖率对系统内核持续测试,控制节点进行计算节点间代码覆盖率的收集与交互。脆弱性监测模块通过正则表达式对测试输出进行匹配,用于判断执行是否能够触发漏洞。与Syzkaller和TriforceAFL相比,该模型突破单台服务器计算资源的限制,并在执行速率、路径覆盖率、脆弱性数量上均有一定的提升,证明该模型能够应用于大规模场景并能在一定程度上提高测试效率。2)提出一种新颖的序列驱动的内核灰盒测试输入生成模型SeqModel,它利用语法规则自动生成高度结构化的输入,这些输入能够通过内核代码对函数参数的语法检测,为变异提供高质量的种子。该模型首先根据系统头文件中的函数结构和定义的函数语法规则生成函数描述文档,并利用函数描述文档生成符合语法规则的测试函数,接下来通过函数间的参数依赖生成短函数序列对内核进行测试,存储能够产生新覆盖率的短函数序列,最后利用马尔科夫链与短函数序列间的函数转移关系构成函数调用图,并从函数调用图中抽取长函数序列对系统内核进行测试,提高了测试链的准确性及完备性。与Syzkaller相比,该模型在测试例生成效率、覆盖率和崩溃数量上均有较高的提升,证明了该模型的有效性。3)结合1)与2)的研究内容,设计并实现了一个融合加速的内核测试模型Diskaller,该模型利用QEMU-KVM虚拟化加速测试进程,利用1)的模型对包含内核的虚拟系统进行并行化测试,利用2)构建的输入生成模型进行测试例的生成,最后通过实验证明该模型的有效性。

关键词：内核灰盒测试漏洞代码覆盖率马尔科夫链

面向HTTP API的自动化灰盒测试软件的设计与实现

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面向HTTP API的自动化灰盒测试软件的设计与实现

作者：梁鹏远哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在当前的全球互联网时代,HTTP协议作为在互联网与B/S信息化管理系统领域中最常见的通讯协议,在Web浏览器、PC客户端、移动客户端还是物联网设备与服务器的交互中得到广泛的使用。本论文从灰盒(接口)测试、HTTP(Web)测试、数据驱动的自... 详细信息

在当前的全球互联网时代,HTTP协议作为在互联网与B/S信息化管理系统领域中最常见的通讯协议,在Web浏览器、PC客户端、移动客户端还是物联网设备与服务器的交互中得到广泛的使用。本论文从灰盒(接口)测试、HTTP(Web)测试、数据驱动的自动化测试等三个维度对测试系统进行了设计和实现。本论文对面向HTTP API的自动化灰盒测试软件的需求、设计、实现和测试的全流程进行了描述。本论文所描述的自动化灰盒测试软件,针对基于HTTP协议与服务器通讯的系统(如Browser/Server系统,即Web系统),通过对被测系统前后端之间的HTTP通讯报文的抓取、模拟生成、回放、比对分析,达成对被测系统服务端的HTTP API的调用测试,可大大节约测试工作量,降低Web测试的技术门槛,适用于基于HTTP协议的Client/Server结构的软件系统、Web Service系统的测试,适用范围较广。本论文主要基于数据驱动测试的思想,采用数据包自动参数化分析与测试数据自动生成技术,实现参数化设计,通过HTTP接口测试的方式,进行自动化灰盒测试系统的设计和实现,实现对被测系统进行自动化的测试,提高测试执行、错误发现和错误分析的效率,实现较强的便利性和实用性。此外,本论文还采用了面向对象与组件化的前端框架设计与强类型脚本开发技术,通过强类型脚本语言的编译器进行静态代码检查,并通过面向对象设计以及组件化等手段,有效控制了系统的Bug率,显著提高了系统的代码的可读性和可维护性,获得了良好的代码质量。

关键词：自动化测试灰盒测试 HTTP测试 HTTP协议分析 Type Script

Web应用程序测试技术及灰盒测试方法的研究与实现

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Web应用程序测试技术及灰盒测试方法的研究与实现

作者：郭华杰天津大学

学位级别：硕士

随着计算机网络技术的迅速发展,Web技术正以其广泛性、交互性、快捷性和易用性等特点迅速风靡全球,并且已经渗入到社会的各个应用领域。在市场需求的推动下,应用软件的规模不断扩大,软件系统的复杂性不断增加。目前IT系统已经成为各个... 详细信息

随着计算机网络技术的迅速发展,Web技术正以其广泛性、交互性、快捷性和易用性等特点迅速风靡全球,并且已经渗入到社会的各个应用领域。在市场需求的推动下,应用软件的规模不断扩大,软件系统的复杂性不断增加。目前IT系统已经成为各个企业运转业务时最重要的系统之一。系统性能的好坏严重影响了企业对外提供服务的质量。因此对IT系统的性能进行测试和调优引起人们越来越多的重视。对Web应用系统的测试包括系统功能测试,性能测试,安全性测试等。其中,性能测试尤为重要,因为性能直接反映了Web所提供服务的质量水平,同时由于Web具有动态特性,它的用户数目和数据传输速率在不断变化,所以性能问题成为困扰Web的最大问题。国外对性能测试的研究己经取得了许多成果,提出了一些的模型、方法和策略,并相应开发了测试工具。Mercury公司的LoadRunner以及IBM的Rational都是功能全面的测试工具软件。国内在Web性能测试方面的研究和开发才刚刚起步。本文首先对Web性能测试进行了初步研究,按应用端、中间网络和服务端三个方面对性能测试内容进行总结。通过对性能测试的学习归纳了三层结构的web应用性能测试模型,并给出了性能测试的策略和方法,特别是将灰盒测试的方法运用于web性能测试的过程中。结合性能测试工具IBM? Rational Suite? TestStudio?2003中的TestManager & Robot,给出了具体的设计与实现方法。本文一方面对Web性能测试进行理论上的基础学术性研究,同时也在具体的实用性方面作出了进一步探索。

关键词：软件测试 web测试灰盒测试性能测试