基于自動(dòng)化滲透測(cè)試的分析

李浩杰，裘國永

（陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119）

Web應(yīng)用程序是互聯(lián)網(wǎng)上傳遞信息最流行的方式。由于其分布性和開放性的特點(diǎn)，使得Web應(yīng)用程序面臨諸多潛在的安全攻擊。例如SQL注入[1]、文件包含、目錄遍歷、參數(shù)篡改等，可能管理員配置了正確的防火墻和WAF，但是這些安全防御軟件仍然存在策略性的繞過。因此，需要定期的對(duì)Web應(yīng)用進(jìn)行掃描，由于手動(dòng)測(cè)試的復(fù)雜性和費(fèi)時(shí)的特點(diǎn)，自動(dòng)化的滲透測(cè)試工具的出現(xiàn)就可以幫助我們完成這項(xiàng)工作。主要有兩種方法來測(cè)試Web應(yīng)用程序的漏洞：白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試。白盒測(cè)試：也就是對(duì)Web應(yīng)用程序源代碼的分析。這可以通過手動(dòng)或者使用像FORTIFY這樣的代碼分析工具來完成。黑盒測(cè)試：在代碼執(zhí)行過程中查找漏洞。這種方法也被稱為滲透測(cè)試，掃描器并不清楚Web應(yīng)用程序的內(nèi)部信息，它是通過在Web的HTTP請(qǐng)求中使用模糊測(cè)試技術(shù)。本論文就是通過對(duì)比3款自動(dòng)化滲透測(cè)試工具掃描的結(jié)果，找到Web應(yīng)用程序中常見的安全漏洞，并分析使用工具掃描漏洞的一些局限性。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

在正式的試驗(yàn)之前，要先明確一些關(guān)注的重點(diǎn)：

1）掃描器檢測(cè)到的漏洞的覆蓋率。

2）檢測(cè)結(jié)果中的誤報(bào)[2]。

3）Web應(yīng)用程序中常見的漏洞類型。

實(shí)驗(yàn)步驟包括：

1）準(zhǔn)備階段：挑選進(jìn)行測(cè)試的Web應(yīng)用程序和掃描器。

2）執(zhí)行階段：使用漏洞掃描器來掃描Web服務(wù)以識(shí)別出潛在的漏洞。

3）驗(yàn)證階段：通過手動(dòng)測(cè)試來確認(rèn)由掃描器識(shí)別出來的漏洞。

4）分析階段：對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化分析。

1.1 挑選測(cè)試用到的Web應(yīng)用程序

Web應(yīng)用程序可能由各種開發(fā)語言編寫，不可能對(duì)所有涉及到的技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，為此，我們隨機(jī)的挑選一些用PHP語言編寫的，能夠免費(fèi)下載使用的，涵蓋諸多應(yīng)用領(lǐng)域（包括電子商務(wù)、論壇、博客等等）的20個(gè)Web應(yīng)用程序進(jìn)行測(cè)試。在挑選的過程中，因?yàn)橐韵碌囊恍┰颍枰獙⑵鋪G棄[3]，即：

無效的WSDL：至少有一個(gè)掃描器不符合WSDL的語法描述。

無法檢索WSDL：至少有一個(gè)掃描器找不到WSDL。

沒有發(fā)現(xiàn)方法：Web服務(wù)沒有操作來掃描。

認(rèn)證要求：某個(gè)操作需要認(rèn)證，這意味著有些服務(wù)是不能完全檢測(cè)到的。

未處理的異常：測(cè)試中斷并且/或者有一個(gè)掃描器異常關(guān)閉。

通信錯(cuò)誤：至少有一個(gè)掃描器因?yàn)镠TTP請(qǐng)求或者SSL連接錯(cuò)誤問題而不能進(jìn)行完整請(qǐng)求。

掃描問題：至少有一個(gè)掃描器報(bào)告了一個(gè)像“無法添加事務(wù)”或“不能渲染對(duì)象”這樣的通用錯(cuò)誤。

1.2 漏洞掃描器的選擇

在試驗(yàn)中我們使用了3款知名的商業(yè)Web漏洞掃描器：AWVS、HP WebInspect以及 IBM Rational AppScan。

AWVS，全稱為 Acunetix Web Vulnerability Scanner。 它是一個(gè)自動(dòng)化的Web應(yīng)用程序測(cè)試工具，審計(jì)、檢查漏洞。如SQL 注入、XSS[4]（跨站腳本）、CSRF（跨站請(qǐng)求偽造）等等。

HP WebInspect：WebInspect是最準(zhǔn)確和全面的自動(dòng)化的Web應(yīng)用程序和Web服務(wù)漏洞評(píng)估解決方案。惠普WebInspect可以提供快速掃描功能、廣泛的安全評(píng)估范圍以及準(zhǔn)確的Web應(yīng)用程序安全掃描結(jié)果。該工具具有開創(chuàng)性的評(píng)估技術(shù)、包括同時(shí)爬行和審計(jì)以及并發(fā)掃描。它是一個(gè)廣泛的可用于基于Web的應(yīng)用程序的滲透測(cè)試工具。

IBM Rational AppScan：它是Web應(yīng)用程序滲透測(cè)試舞臺(tái)上使用廣泛的工具之一，有助于安全人員進(jìn)行Web應(yīng)用程序自動(dòng)化漏洞測(cè)試評(píng)估。它可以自動(dòng)進(jìn)行漏洞評(píng)估、掃描和檢測(cè)所有常見的Web應(yīng)用程序漏洞，包括SQL注入、跨站腳本、緩沖區(qū)溢出和Flash/Flex應(yīng)用程序。

2 測(cè)試數(shù)據(jù)

2.1 總體結(jié)果分析

在本地使用虛擬機(jī)搭建環(huán)境，對(duì)上述挑選的20個(gè)Web應(yīng)用程序使用掃描器AWVS、WebInspect和AppScan進(jìn)行掃描測(cè)試。

表1 存在漏洞的測(cè)試網(wǎng)站Tab.1 Vulnerabilities in tested websites

從表1可以看到：對(duì)每一款掃描器而言，表中體現(xiàn)的是檢測(cè)到的漏洞的總數(shù)量以及每種掃描器檢測(cè)到的漏洞情況。掃描器指出了五種不同類型的漏洞，即：SQL注入、代碼執(zhí)行、緩沖區(qū)溢出、用戶名/密碼泄露以及服務(wù)器路徑暴漏。

圖1 檢測(cè)到的應(yīng)用程序錯(cuò)誤Fig.1 Application errors detected

掃描器將因?yàn)闊o效的參數(shù)而導(dǎo)致的應(yīng)用程序錯(cuò)誤歸類為低的安全問題。實(shí)際上，這些錯(cuò)誤是基于這樣一個(gè)事實(shí)，就是輸入的參數(shù)沒有進(jìn)行正確的檢查（例如：該應(yīng)用程序可能有魯棒性問題）。正如圖1所示，3款掃描器檢測(cè)到了不同的應(yīng)用程序錯(cuò)誤。這明顯是依賴于每個(gè)掃描器所執(zhí)行的測(cè)試。盡管有一小部分情況下，應(yīng)用程序錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致惡意的暴漏（例如：錯(cuò)誤信息泄露敏感的服務(wù)代碼或結(jié)構(gòu)信息），在大多數(shù)情況下，它們并不是安全漏洞。因此，可以將它們排除在進(jìn)一步分析之外。

正如在表1中看到的，不同的掃描器檢測(cè)到了不同類型的漏洞。唯一的例外就是所有的掃描器都報(bào)告了SQL注入漏洞。這暗示了掃描器執(zhí)行了不同形式的滲透測(cè)試并且不同掃描器得到的掃描結(jié)果可能很難進(jìn)行比較。這樣的結(jié)果給我們的啟示就是：為了得到一個(gè)較好的漏洞覆蓋率，在滲透測(cè)試的時(shí)候，需要使用多款掃描器而不是僅依賴于一種掃描器。

正如前面所述，SQL注入是唯一一個(gè)3款掃描器都檢測(cè)到的漏洞。然而，不同掃描器報(bào)告了不同的Web服務(wù)中的不同漏洞。實(shí)際上，掃描器AWVS檢測(cè)到的SQL注入漏洞的數(shù)目要遠(yuǎn)高于掃描器WebInspect和AppScan所檢測(cè)到的SQL注入漏洞。

2.2 誤報(bào)分析

到目前為止，顯示的結(jié)果還沒有考慮誤報(bào)（就是說掃描器檢測(cè)到了漏洞但是實(shí)際中并不存在）的問題。眾所周知，誤報(bào)是不可避免。這樣的話，決定手動(dòng)來確認(rèn)每一個(gè)檢測(cè)到的漏洞是否存在。

確認(rèn)漏洞的存在性而不能訪問程序的源代碼是一項(xiàng)困難的任務(wù)。因此，定義了一套規(guī)則和相應(yīng)的檢查來對(duì)掃描器檢測(cè)到的漏洞分為3類：確實(shí)是誤報(bào)、確認(rèn)是漏洞以及不確定。

當(dāng)滿足下列條件之一的，檢測(cè)到的漏洞就歸類為誤報(bào)：

1）對(duì)于SQL注入漏洞，如果得到的錯(cuò)誤/應(yīng)答與應(yīng)用程序的魯棒性問題相關(guān)并且不是一個(gè)SQL命令。

2）在Web服務(wù)中響應(yīng)的錯(cuò)誤并不是由掃描器的注入引起的。換句話說，當(dāng)Web服務(wù)因有效的輸入而執(zhí)行的時(shí)候，相同的問題就會(huì)出現(xiàn)。

3）對(duì)于路徑和用戶名/密碼泄露，當(dāng)喚醒Web服務(wù)的時(shí)候，Web服務(wù)返回的信息與客戶端提交的信息是一樣的。也就是說，沒有信息泄露。

檢測(cè)到的漏洞如果滿足下列條件之一就歸類為確認(rèn)的漏洞[5]：

1）對(duì)于SQL注入漏洞，如果是注入的值引發(fā)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫服務(wù)的異常。

2）可能訪問未授權(quán)的服務(wù)或Web頁面（例如：用SQL注入繞過認(rèn)證過程）。

3）對(duì)于路徑泄露，可能觀測(cè)到服務(wù)器中文件或文件夾的位置。

4）對(duì)于緩沖區(qū)溢出，如果服務(wù)器不回答請(qǐng)求或者引起特別是與緩沖區(qū)溢出有關(guān)的異常。

如果這些規(guī)則中沒有一個(gè)滿足的，那么就沒有辦法確認(rèn)該漏洞是否真的存在。這些情況就歸類為無法確定。圖2顯示了SQL注入漏洞的結(jié)果。

圖2 SQL注入漏洞的誤報(bào)Fig.2 False positives for SQL injection

正如圖2所示，用AWVS掃描到的SQL注入漏洞中，相對(duì)來說，不確定的數(shù)據(jù)結(jié)果是比較低的。但是對(duì)于WebInspect和AppScan來講，這個(gè)比例就相對(duì)來說是相當(dāng)高的。這意味著對(duì)于AWVS這款掃描器而言，誤報(bào)的結(jié)果是相對(duì)準(zhǔn)確的。確定的誤報(bào)對(duì)掃描器AWVS來說是比較高的，相對(duì)而言，對(duì)于AppScan也是比較高的。只有掃描器WebInspect顯示0誤報(bào)。

表2顯示了其他漏洞的誤報(bào)結(jié)果。

表2 其他漏洞的誤報(bào)Tab.2 False positives of other vulnerabilities

2.3 覆蓋率分析

我們關(guān)心的另一個(gè)很重要的方面就是檢測(cè)到的漏洞的覆蓋率。覆蓋率是檢測(cè)到的漏洞數(shù)量與總漏洞數(shù)量的比。很明顯，在該試驗(yàn)中，我們不可能知道總共又多少漏洞，因?yàn)椴煌膾呙杵鞯玫降膾呙杞Y(jié)果是不一樣的。因此，不可能計(jì)算出檢測(cè)到的漏洞覆蓋率。然而，對(duì)于目前已經(jīng)得到的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，我們可以得到一個(gè)近似的漏洞覆蓋率。

實(shí)際上，我們知道檢測(cè)到的漏洞 （相對(duì)于移除誤報(bào)后3款掃描器檢測(cè)到的漏洞的總和）的總數(shù)量以及每個(gè)掃描器檢測(cè)到的漏洞的數(shù)量?；谶@些信息來可以對(duì)每一款掃描器獲取一個(gè)積極的覆蓋率指標(biāo)（實(shí)際的覆蓋率要比表現(xiàn)出來的數(shù)字低）。很明顯，這對(duì)SQL注入漏洞是中肯的，因?yàn)樗撬袙呙杵鞫紮z測(cè)到的唯一一種類型。

表3顯示的是覆蓋率結(jié)果。正如表3所示的那樣，有12個(gè)SQL注入漏洞被檢測(cè)到了（和前面一樣，我們決定包含不確定的情況為存在的漏洞）。每個(gè)掃描器檢測(cè)了這些漏洞中的一小群部分，結(jié)果就是檢測(cè)覆蓋率的一部分。掃描器AWVS表現(xiàn)了良好的結(jié)果。相反，掃描器WebInspect和AppScan的覆蓋率就比較低了。

表3 SQL注入的覆蓋率Tab.3 Coverage for SQL injection

下面對(duì)前面的一些分析做一下總結(jié)：第一個(gè)就是，對(duì)于同一個(gè)Web應(yīng)用程序，不同的掃描器會(huì)檢測(cè)到不同類型的漏洞。SQL注入漏洞是所有掃描器都檢測(cè)到的唯一類型。只有掃描器AppScan檢測(cè)到了緩沖區(qū)溢出、用戶名和密碼泄露以及服務(wù)器端路徑暴漏等漏洞。WebInspect只檢測(cè)到了SQL注入漏洞。SQL注入漏洞是在所有受測(cè)試的Web應(yīng)用程序中發(fā)現(xiàn)的主要的漏洞類型。

而對(duì)于掃描器檢測(cè)結(jié)果中出現(xiàn)的誤報(bào)問題。實(shí)際上，掃描器中AWVS和AppScan的誤報(bào)比例已經(jīng)超過了30%。只有WebInspect表現(xiàn)出了0誤報(bào)，但是該掃描器檢測(cè)到的3個(gè)SQL注入漏洞中就有1個(gè)是不能確定的（不能手動(dòng)確認(rèn)是一個(gè)真正的漏洞還是誤報(bào)）。

掃描器WebInspect和AppScan有一個(gè)很低的覆蓋率，低于17%，然而掃描器AWVS表現(xiàn)出了高達(dá)67%的覆蓋率。請(qǐng)注意，這個(gè)數(shù)是一個(gè)樂觀的覆蓋率，因?yàn)槭軠y(cè)試的掃描器的實(shí)際覆蓋率肯定要比觀測(cè)到的數(shù)值低。

圖3體現(xiàn)出了每種類型的漏洞的最終分布，在移除了確認(rèn)的誤報(bào)但是要包括那些不確定的情形（例如：掃描器的樂觀估計(jì)）。正如前文所述，主要的漏洞是SQL注入。在發(fā)現(xiàn)的漏洞中占據(jù)了80%。這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)在很多的案例中該高危漏洞都存在。

圖3 每種漏洞的分布Fig.3 Vulnerabilities distributed per type

3 結(jié)束語

本文進(jìn)行了一次試驗(yàn)探索，通過使用3款商業(yè)的漏洞掃描器對(duì)20個(gè)公開的Web應(yīng)用程序進(jìn)行安全漏洞檢測(cè)，證實(shí)了許多Web應(yīng)用程序在部署之前沒有進(jìn)行合適的安全測(cè)試。對(duì)于挑選Web漏洞掃描器以對(duì)Web應(yīng)用程序進(jìn)行安全檢查并不是一件容易的事。首先，不同的掃描器會(huì)檢測(cè)到不同類型的漏洞。其次，存在的誤報(bào)也不容忽視，這嚴(yán)重影響到了檢測(cè)漏洞的精確性。最后，在某些情況下，檢測(cè)到的漏洞的覆蓋率是很低的，說明仍然有沒有檢測(cè)到的漏洞。而SQL注入漏洞在受測(cè)試的Web服務(wù)中是普遍存在的，因?yàn)樗鼈冋紦?jù)了所有檢測(cè)到的漏洞的80%左右。在今后的工作中，基于這次的試驗(yàn)研究，借鑒不同掃描工具形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)Web應(yīng)用程序的安全研究。

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