軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

宋廣軍 宋婉約

摘要：結(jié)合fuzzing技術(shù)、API序列特征匹配技術(shù)及特征函數(shù)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)等，開發(fā)研究了一種新的軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)。能有效發(fā)掘Window環(huán)境下的軟件中潛在的未知安全漏洞，提高了軟件漏洞檢測(cè)效率。

關(guān)鍵詞：模糊檢測(cè) 軟件漏洞 漏洞發(fā)掘

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0004-01

隨著軟件行業(yè)飛速發(fā)展，許多問(wèn)題也相應(yīng)產(chǎn)生，如軟件開發(fā)周期短、測(cè)試量少、安全性低等，很多軟件在倉(cāng)促的工期之下被頒布出來(lái)，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致很多軟件漏洞的產(chǎn)生，軟件漏洞的存在，會(huì)影響軟件的正常運(yùn)行，若漏洞被黑客利用，系統(tǒng)就很可能被非法入侵和攻擊。為提高軟件漏洞檢測(cè)的效率，針對(duì)這些存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新的軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)，利用本系統(tǒng)能夠自動(dòng)檢測(cè)到軟件的功能性、安全性等方面出現(xiàn)的漏洞。利用這個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化測(cè)試漏洞與缺陷的工作，并提高軟件漏洞的檢出率和正確率，實(shí)踐證明該系統(tǒng)對(duì)軟件漏洞測(cè)試的有效性。

1 系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

這種軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)初步構(gòu)想是利用目標(biāo)程序的API序列與已訓(xùn)練過(guò)的特征庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而檢測(cè)出軟件的顯式及隱式漏洞。然而，在人為不對(duì)目標(biāo)軟件進(jìn)行操作的情況下，僅能夠獲取程序加載段的API序列，需要一個(gè)自動(dòng)化檢測(cè)模塊使檢測(cè)范圍擴(kuò)展至整個(gè)程序。因此，在該軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)中引入了模糊測(cè)試（Fuzzing）理念，通過(guò)對(duì)交互界面的控件掃描及分類，不斷地向程序接口輸入大量有目的構(gòu)造的隨機(jī)化操作，其目的是迫使程序報(bào)出錯(cuò)誤，檢測(cè)出漏洞及缺陷。但僅僅報(bào)出錯(cuò)誤是不夠的，還需要對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行監(jiān)控，所以加入了漏洞回溯模塊，這樣對(duì)漏洞的發(fā)掘及過(guò)程查找很有益，也簡(jiǎn)化了測(cè)試人員的工作，系統(tǒng)功能模塊劃分如圖1所示。

本系統(tǒng)針對(duì)中、大型企業(yè)軟件開發(fā)及測(cè)試人員，檢測(cè)運(yùn)行在Windows平臺(tái)下的應(yīng)用軟件，并從底層函數(shù)調(diào)用序列的特征匹配、特征函數(shù)參數(shù)檢測(cè)與Fuzzing漏洞檢測(cè)方法三個(gè)方面進(jìn)行底層與表現(xiàn)的多重檢測(cè)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)API特征庫(kù)的創(chuàng)建也是比較重要的任務(wù)之一。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1Fuzzing模塊

Fuzzing，也叫做模糊測(cè)試，是一種在各大、中軟件公司中常用的測(cè)試辦法，也是較有效的測(cè)試辦法。其原理是對(duì)于目標(biāo)軟件產(chǎn)生大量的用例，替代了人工獲取軟件的漏洞情況，當(dāng)其中的某一個(gè)用例使得軟件異常，那么可以獲取這個(gè)用例并對(duì)其中的操作進(jìn)行整理分析，從而能夠追溯到比較合理的軟件漏洞過(guò)程。在系統(tǒng)引入Fuzzing理念之前，只可以對(duì)程序加載段進(jìn)行API序列分析，至于運(yùn)行過(guò)程中則無(wú)法監(jiān)控或者只能以人工代替輸入，當(dāng)引入Fuzzing后，便能夠?qū)⒈O(jiān)控范圍擴(kuò)展至程序運(yùn)行段，從而更全面地檢測(cè)漏洞。

Fuzzing是本軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)中的重要模塊，它發(fā)送數(shù)據(jù)到目標(biāo)程序的指定控件，進(jìn)行大量的測(cè)試任務(wù)，是用以觸發(fā)軟件中未知的漏洞的方法。

2.2APIHOOK模塊

Detours是一個(gè)強(qiáng)大的工具，提供了簡(jiǎn)單易用的函數(shù)接口來(lái)攔截win32系統(tǒng)下API調(diào)用和為一個(gè)已在運(yùn)行的進(jìn)程裝入一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。Detours庫(kù)有三個(gè)主要的函數(shù)，一個(gè)是原API函數(shù)；另一個(gè)是需要自己編寫的替換函數(shù)，再有一個(gè)是過(guò)渡函數(shù)。

在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，將有關(guān)HOOK的代碼整合到一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。在exe文件中，Detours庫(kù)提供一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)可以啟動(dòng)被檢測(cè)軟件，并直接將動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)注入到被檢測(cè)軟件中。這樣軟件所有調(diào)用的API就會(huì)被記錄下來(lái)，連接起來(lái)就是API的序列，調(diào)用API時(shí)傳遞的參數(shù)也會(huì)被記錄并保存下來(lái)，這樣就實(shí)現(xiàn)了API序列的跟蹤。

2.3數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)集是某些數(shù)據(jù)的集合；項(xiàng)集是項(xiàng)的集合，或者說(shuō)就是泛指的集合；一個(gè)數(shù)據(jù)集到另一個(gè)數(shù)據(jù)集支持度是指兩個(gè)數(shù)據(jù)集重合的數(shù)據(jù)占后一個(gè)數(shù)據(jù)集的比例。在這里使用顯露模式尋找被測(cè)軟件的漏洞比例，它的優(yōu)點(diǎn)是在尋找兩個(gè)數(shù)據(jù)集之間多個(gè)屬性上的差異時(shí)結(jié)果明顯直觀。

顯露模式（EmergingPatterns，EPs）是指那些從一個(gè)數(shù)據(jù)集到另一個(gè)數(shù)據(jù)集支持度發(fā)生顯著變化的項(xiàng)集，它們能夠捕獲數(shù)據(jù)庫(kù)中兩個(gè)數(shù)據(jù)集之間的多個(gè)屬性上的差異，兩個(gè)支持度的比稱作EP的增長(zhǎng)率。每個(gè)EP是一個(gè)多屬性上的測(cè)試，并且可能在區(qū)分一個(gè)類的實(shí)例與另一個(gè)類的實(shí)例方面非常強(qiáng)。一般地，EP的區(qū)分能力大約正比于它的增長(zhǎng)率和它在目標(biāo)類的支持度。

在經(jīng)過(guò)匹配之后，將找到所有存在問(wèn)題的序列及其位置，結(jié)合已有的完整序列，可以計(jì)算出有問(wèn)題的序列占總序列的百分比。這種對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理過(guò)程可以幫助系統(tǒng)更有效地對(duì)軟件測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估，提高軟件漏洞檢測(cè)的效率。

3 結(jié)語(yǔ)

軟件漏洞的存在，會(huì)影響軟件的正常運(yùn)行，甚至可能被非法入侵和攻擊。而現(xiàn)有的測(cè)試技術(shù)對(duì)人力有很強(qiáng)依賴性，效率也不高，為提高檢測(cè)軟件漏洞的效率，開發(fā)了自動(dòng)化程度較高的軟件漏洞檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)用模糊測(cè)試（Fuzzing）技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，并利用目標(biāo)程序的API序列與已訓(xùn)練過(guò)的特征庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，從而檢測(cè)出軟件的顯式及隱式漏洞，大大提高了軟件檢測(cè)的自動(dòng)化程度，系統(tǒng)的主要檢測(cè)對(duì)象是用于Windows平臺(tái)上的應(yīng)用軟件，并且含有交互性界面及數(shù)據(jù)輸入模塊，可以迅速的發(fā)現(xiàn)并定位出被檢測(cè)軟件中存在的漏洞，并向用戶提交檢測(cè)報(bào)告。系統(tǒng)方便快捷、漏洞檢出準(zhǔn)確率高、誤報(bào)率低，有很強(qiáng)的實(shí)用性與創(chuàng)新性。

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