一種動靜態結合的軟體安全性測試方法
2023-10-11 13:39:24
專利名稱：一種動靜態結合的軟體安全性測試方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機軟體安全性測試方法，尤其是涉及一種動靜態結合的軟體安全性測試方法。
背景技術：
軟體分析是檢測軟體漏洞、軟體惡意行為等安全性問題的基礎。從分析目標的不同，現有軟體分析方法一般分為面向原始碼的軟體分析和面向可執行程序的軟體分析。前者針對有原始碼的程序，相對而言，分析準確性更高。但是現有軟體多數不提供原始碼，同時，即使部分軟體提供了原始碼，也不能保證使用的可執行程序和原始碼之間的對應關係。 對於後者，首先將需要分析的二進位目標代碼反彙編，得到彙編代碼；然後對彙編代碼進行切片，即對某些上下文關聯密切、有意義的代碼進行匯聚，降低其複雜性；最後通過分析功能模塊，來判斷是否存在漏洞。可執行程序分析方法一般分為靜態方法和動態方法兩種。靜態分析方法使用反彙編手段，將可執行程序的二進位代碼轉變為彙編語言並以此為基礎進行分析。其優點在於可以較為全面的分析程序代碼，但是由於分析過程依賴於大量的推理和符號演算，因此效率較低。動態分析方法的基本思想是利用程序運行時的數據提高分析效率和準確性，同時避免由於變形等反靜態分析技術帶來的不可分析性。Fuzz技術屬於動態分析方法，是目前常用的一種重要的漏洞挖掘方法，原理是通過構造不同的輸入，嘗試觸發程序執行的各種不同路徑以暴露出程序潛在的安全問題。此類方法僅能窮舉有限個輸入，並不能對所有的輸入都進行測試。因此，通過此方法驗證的程序會有一定數量的漏報，而且會耗費大量時間重複已有測試結果，檢測效率低，檢測效果較差。
發明內容
本發明針對目前Fuzz動態測試技術的不足，提出一種動靜態結合的軟體安全性測試方法，有效地解決了 Fuzz技術中符號執行帶來的路徑空間爆炸問題，使軟體安全性測試工作效率顯著提高。本發明所採用的技術方案—種動靜態結合的軟體安全性測試方法，包括下述步驟1)將被測可執行程序(軟體)進行反彙編，得到彙編代碼；2)將彙編代碼轉換為統一的中間彙編語言形式，以屏蔽底層具體會變語言的差異；本步驟中，僅使用12條中間彙編語言語句，替代X86的CISC (Complex Instruction Set Computer)指令集的300多條指令；3)根據中間彙編語言形式，生成文件的函數調用圖(CG)和控制流圖(ere)；4)定義敏感點函數特徵，通過對函數調用圖(CG)的靜態分析，找到系統脆弱點 (即敏感點)所處函數；
5)利用動態分析方法，構造合適的測試用例，運行被測可執行程序，生成並記錄執行路徑；6)根據函數調用圖(CG)，以某個敏感點為起點，尋找其被調用的函數(父節點)， 記錄該路徑，一直上溯找到某個祖先節點，如果該祖先節點處於步驟幻生成的執行路徑上，再根據控制流圖(CFG)，在基本塊一級找到觸發該脆弱點的具體路徑，則該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束；7)如果無法找到該路徑，則重新執行步驟幻，構造測試用例生成執行路徑，然後執行步驟6)，如此往復循環，直至該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，在步驟1)中，使用IDA PRO工具對被測可執行程序進行反彙編，得到具體的彙編代碼。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，在步驟3)中，編寫IDA插件，實現被測程序控制流圖(CFGs)和函數調用圖(CG)的生成。此處的CF(}s表示生成的控制流圖CFG 有多個。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，在步驟4)中，定義了兩類敏感點，分別是調用不安全函數和循環寫內存出錯。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，在步驟5)中，隨機構造一個測試用例，儘可能覆蓋多的代碼樹分枝，用於生成執行路徑。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，在步驟6)中，根據深度優先遍歷原則，尋找敏感點到已生成路徑某個節點的路徑。本發明的有益積極效果1、本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法，針對目前Fuzz動態測試技術的不足，從靜態分析尋找敏感點位置入手，然後動態分析生成測試路徑，最後查找敏感點到測試路徑是否可達，從而更有針對性的完成漏洞挖掘工作，改變了軟體測試的盲目性，使軟體安全性測試工作效率顯著提高。2、本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法，有效地改進了傳統漏洞挖掘方法， 較好地解決了單一依靠Fuzz動態測試技術中符號執行帶來的路徑狀態空間爆炸的問題， 大大提高了路徑覆蓋的命中率和軟體測試分析的效率。
圖1為當每次循環時，源、目的緩衝區的位移值都固定時，「循環寫內存」敏感點的發現的流程圖；圖2為當每次循環時，源、目的緩衝區的位移值都不固定時，「循環寫內存」敏感點的發現的流程圖；圖3為尋找敏感點到某個執行路徑上某節點的可能路徑的流程圖；圖4為本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法流程方塊圖。
具體實施例方式實施例一參見圖4，本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法，具體包括下述步驟
1)將被測可執行程序(軟體)進行反彙編，得到彙編代碼；2)將彙編代碼轉換為統一的中間彙編語言形式，以屏蔽底層具體會變語言的差
已
升；3)根據中間彙編語言形式，生成文件的函數調用圖(CG)和控制流圖(CFG)；4)定義敏感點函數特徵，通過對函數調用圖(CG)的靜態分析，找到系統脆弱點 (即敏感點)所處函數；5)利用動態分析方法，構造合適的測試用例，運行被測可執行程序，生成並記錄執行路徑；6)根據函數調用圖(CG)，以某個敏感點為起點，尋找其被調用的函數(父節點)， 記錄該路徑，一直上溯找到某個祖先節點，如果該祖先節點處於步驟幻生成的執行路徑上，再根據控制流圖(CFG)，在基本塊一級找到觸發該脆弱點的具體路徑，則該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束；7)如果無法找到該路徑，則重新執行步驟幻，構造測試用例生成執行路徑，然後執行步驟6)，如此往復循環，直至該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束。在步驟1)中，可使用IDA PRO工具對被測可執行程序進行反彙編，得到具體的彙編代碼。實施例二 本實施例的動靜態結合的軟體安全性測試方法，與實施例一不同的是， 在步驟3)中，通過編寫IDA插件，實現被測程序控制流圖(CFGs)和函數調用圖(CG)的生成。具體的生成控制流圖時是特指的，因為有多個CFG，故用複數形式CFGs)。在步驟4)中， 定義了兩類敏感點，分別是調用不安全函數和循環寫內存出錯。實施例三本實施例的動靜態結合的軟體安全性測試方法，與實施例二不同的是， 在步驟幻中，隨機構造一個測試用例，儘可能覆蓋多的代碼樹分枝，用於生成執行路徑。在步驟6)中，根據深度優先遍歷原則，尋找敏感點到已生成路徑某個節點的路徑。本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法，僅使用12條中間彙編語言語句，替代 X86 的 CISC (Complex Instruction Set Computer)指令集的 300 多條指令(步驟 2)中)， 有效地改進了傳統漏洞挖掘方法，提高了軟體安全性測試效率。實施例四本實施例結合附圖，進一步說明本發明動靜態結合的軟體安全性測試方法的具體實現方式。參見圖1 圖4。所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，包括步驟一將被測可執行程序進行反彙編，並將彙編代碼轉換為統一的中間彙編語言形式，從而構建二進位文件的控制流圖和調用圖；步驟二 根據敏感點函數特徵，搜尋敏感點所處函數位置；步驟三構造合適的測試用例，運行被測程序，生成並記錄執行路徑；根據函數調用圖，尋找敏感點到某個執行路徑上某節點的可能路徑。下面詳細說明步驟一、步驟二、步驟三所包含的相關內容(一 )步驟一將可執行文件輸入IDA PRO中，IDA PRO識別二進位文件編譯的機器語言，將其反彙編成對應的X86。中間彙編翻譯模塊將反彙編代碼轉換成統一形式的中間彙編語言。中間彙編語言設計的主要原則如下(1)精簡指令集的設計思想；(2)足夠多的寄存器數量以適應各種硬體體系結構；(3)儘量簡單的尋址方式，去除不利於閱讀的複雜尋址方式；(4) 3-操作數指令格式。1.寄存器組的設計(1)通用寄存器組的設計。下表描述了通用寄存器組的設計。指令計數器為EIP， 棧幀指針為ESP。棧頂指針為EBP，用PC，FP, SP表示。
權利要求
1.一種動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是包括下述步驟1)將被測可執行程序進行反彙編，得到彙編代碼；2)將彙編代碼轉換為統一的中間彙編語言形式，以屏蔽底層具體會變語言的差異；3)根據中間彙編語言形式，生成文件的函數調用圖(CG)和控制流圖(CFG)；4)定義敏感點函數特徵，通過對函數調用圖(CG)的靜態分析，找到系統脆弱點所處函數；5)利用動態分析方法，構造合適的測試用例，運行被測可執行程序，生成並記錄執行路徑；6)根據函數調用圖(CG)，以某個敏感點為起點，尋找其被調用的函數，記錄該路徑，一直上溯找到某個祖先節點，如果該祖先節點處於步驟5)生成的執行路徑上，再根據控制流圖(CFG)，在基本塊一級找到觸發該脆弱點的具體路徑，則該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束；7)如果無法找到該路徑，則重新執行步驟5)，構造測試用例生成執行路徑，然後執行步驟6)，如此往復循環，直至該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束。
2.根據權利要求1所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟1)中， 使用IDA PRO工具對被測可執行程序進行反彙編，得到具體的彙編代碼。
3.根據權利要求1或2所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟3)中，編寫IDA插件，實現被測程序控制流圖(CFGs)和函數調用圖(CG)的生成。
4.根據權利要求3所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟4)中， 定義了兩類敏感點，分別是調用不安全函數和循環寫內存出錯。
5.根據權利要求1或2所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟4)中，定義了兩類敏感點，分別是調用不安全函數和循環寫內存出錯。
6.根據權利要求5所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟5)中， 隨機構造一個測試用例，儘可能覆蓋多的代碼樹分枝，用於生成執行路徑。
7.根據權利要求6所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟6)中， 根據深度優先遍歷原則，尋找敏感點到已生成路徑某個節點的路徑。
8.根據權利要求1、2或4所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟5)中，隨機構造一個測試用例，儘可能覆蓋多的代碼樹分枝，用於生成執行路徑。
9.根據權利要求8所述的動靜態結合的軟體安全性測試方法，其特徵是，在步驟6)中， 根據深度優先遍歷原則，尋找敏感點到已生成路徑某個節點的路徑。
全文摘要
本發明涉及一種計算機軟體安全性測試方法。一種動靜態結合的軟體安全性測試方法，首先，將可執行程序進行反彙編及中間語言轉換，生成文件的函數調用圖和控制流圖；然後通過對函數調用圖的靜態分析，找到系統脆弱點，並利用動態分析方法構造測試用例生成執行路徑；再以函數調用圖為基礎，尋找其被調用的函數，如果該函數處於前述生成的執行路徑上，則控制流圖在基本塊一級找到觸發該脆弱點的具體路徑，則該敏感點對應的漏洞挖掘過程結束；如果無法找到該路徑，則重新構造測試用例生成執行路徑，尋找其被調用的函數，如此往復循環。本發明較好解決了單一依靠Fuzz動態測試帶來的路徑狀態空間爆炸的問題，大大提高了路徑覆蓋的命中率和軟體測試分析的效率。
文檔編號G06F11/36GK102360334SQ20111031584
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者劉傑, 尹中旭, 彭建山, 曹琰, 歐陽永基, 王清賢, 魏強 申請人:中國人民解放軍信息工程大學