基于動(dòng)態(tài)輸入追蹤的模糊技術(shù)研究

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　　1 概述

　　隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，軟件安全漏洞所造成的危害正日益嚴(yán)重。軟件安全漏洞發(fā)掘作為一種預(yù)先發(fā)現(xiàn)軟件潛在安全漏洞、保證信息安全的重要技術(shù)，也越來越受到人們的重視。目前國內(nèi)外常用的漏洞自動(dòng)發(fā)掘技術(shù)主要有手工分析、模糊(fuzzing)技術(shù)、補(bǔ)丁比較、源碼自動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)調(diào)試等。

　　軟件安全漏洞發(fā)掘技術(shù)大致分為基于源代碼的漏洞發(fā)掘技術(shù)和基于可執(zhí)行文件的漏洞發(fā)掘技術(shù)。然而現(xiàn)在大多數(shù)軟件都不是開源的，如各種商業(yè)軟件和操作系統(tǒng)軟件等，因此，針對可執(zhí)行文件的漏洞發(fā)掘技術(shù)顯得尤為重要。

　　fuzzing 測試是通過提供非正常的輸入并監(jiān)測系統(tǒng)異常發(fā)現(xiàn)軟件安全漏洞的自動(dòng)化方法。它的基本原理是將利用正確數(shù)據(jù)隨機(jī)修改得到的畸形數(shù)據(jù)注入應(yīng)用程序中，觀察運(yùn)行結(jié)果(程序崩潰或者異常中斷)，通過程序運(yùn)行的錯(cuò)誤來挖掘軟件的脆弱點(diǎn)。fuzzing 測試的思想比較直觀，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。利用這種方法進(jìn)行漏洞發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)漏洞到定位漏洞比較容易，并且不存在誤報(bào)，但卻能揭示出程序中的重要漏洞，目前正廣泛應(yīng)用于各類軟件漏洞的發(fā)掘，在近幾年的漏洞挖掘?qū)嵺`過程中取得了很好的效果。

　　雖然經(jīng)過多年的發(fā)展fuzzing 技術(shù)已經(jīng)取得長足的進(jìn)步，但是仍然存在較多的不足，主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：

　　(1)測試數(shù)據(jù)生成有一定程度的盲目性，不能進(jìn)行有針對性的測試，因此數(shù)據(jù)變化空間難以控制。(2)代碼覆蓋問題，通常生成的大量測試用例分布在某些特定的分支和狀態(tài)上，而一些特殊的分支或者狀態(tài)得不到覆蓋，因此代碼的測試完整性不足。(3)生成用例難以通過軟件的正確性和一致性檢測，造成生成大量無效測試用例，或需要人工對復(fù)雜的文件格式進(jìn)行分析，測試效率低下。(4)難以發(fā)現(xiàn)需要幾個(gè)輸入同時(shí)起作用才能引發(fā)的異?；蚨嚯A段綜合條件觸發(fā)的復(fù)雜漏洞。本文在結(jié)合了靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于動(dòng)態(tài)輸入路徑追蹤的fuzzing 技術(shù)進(jìn)行軟件安全漏洞發(fā)掘的新思路，較好地解決了上述問題。

　　2 總體框架與關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 基本框架

　　基于動(dòng)態(tài)輸入跟蹤的fuzzing 技術(shù)的基本原理為：將待測軟件的可執(zhí)行代碼反匯編為匯編代碼，通過靜態(tài)分析匯編代碼，確定函數(shù)塊及其調(diào)用關(guān)系，并查找代碼分支選擇信息以供生成測試用例，動(dòng)態(tài)跟蹤輸入數(shù)據(jù)的流向以確定錯(cuò)誤注入點(diǎn)，將測試用例注入后若無異常發(fā)生則恢復(fù)注入前的進(jìn)程快照重新進(jìn)行fuzzing。

　　2.2 基于反匯編的輸入路徑追蹤技術(shù)

　　軟件從外部接收的輸入數(shù)據(jù)由于可被用戶控制，因而是引發(fā)各類軟件漏洞的根源。輸入點(diǎn)是指用戶提供的數(shù)據(jù)提交給程序的地方，它位于軟件與用戶交界處，是軟件中漏洞產(chǎn)生的發(fā)源地，因此需要觀測目標(biāo)軟件的輸入點(diǎn)，以便動(dòng)態(tài)跟蹤輸入數(shù)據(jù)在程序中的流向和使用。采用輸入追蹤法，首先需要確定代碼的輸入點(diǎn)。利用反匯編工具反匯編目標(biāo)程序的二進(jìn)制代碼，分析得到的匯編代碼以確定程序的函數(shù)塊及其內(nèi)部的基本塊。查找所有可能接受外部輸入的庫函數(shù)調(diào)用，確定為可能的輸入點(diǎn)。例如WSARecvFrom()的調(diào)用將會接收網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，并把數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)。接著，利用動(dòng)態(tài)調(diào)試工具監(jiān)測輸入點(diǎn)函數(shù)的調(diào)用，并在其被調(diào)用時(shí)觀察其調(diào)用結(jié)果，若經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)來自外部輸入，則記錄此輸入數(shù)據(jù)的存放緩沖區(qū)并設(shè)置內(nèi)存中斷，當(dāng)有指令讀寫該內(nèi)存時(shí)即發(fā)生中斷，記錄所有讀寫此緩存區(qū)的函數(shù)指令并標(biāo)記為錯(cuò)誤注入點(diǎn)，記錄每個(gè)輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行的代碼路徑。通過對動(dòng)態(tài)執(zhí)行中輸入數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)跟蹤，可以監(jiān)測到函數(shù)具體調(diào)用的是輸入數(shù)據(jù)的哪些部分，也就可以對測試數(shù)據(jù)的相應(yīng)部分進(jìn)行有針對性的fuzzing，從而避免了測試數(shù)據(jù)變化空間巨大的問題，而且由于是從內(nèi)部直接對相關(guān)函數(shù)進(jìn)行測試，因此有助于發(fā)掘多重輸入向量或多階段綜合條件觸發(fā)的復(fù)雜漏洞。