物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備漏洞挖掘技術(shù)探究

解 超

（薩姆森控制設(shè)備（中國）有限公司，北京 100176）

0 引言

當(dāng)前，在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)漏洞的測試技術(shù)中，還是保持著傳統(tǒng)的方式與方法，即通過對網(wǎng)絡(luò)安全數(shù)據(jù)的分析和相關(guān)程序的測試來判定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全漏洞的存在，并以此為依據(jù)制定合理的預(yù)防和補(bǔ)救方案。筆者結(jié)合物理互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備實(shí)際應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)，開展了許多聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)漏洞數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘以及測試等新技術(shù)的實(shí)際而深入應(yīng)用研究。當(dāng)前日益發(fā)展的通用設(shè)備測試漏洞檢測分析技術(shù)和挖掘技術(shù)測試系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，將會給物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展提供新的安全動力與創(chuàng)新思想的支持。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在最近幾年的發(fā)展過程中，其通用設(shè)備中的應(yīng)用軟件在運(yùn)行過程中所檢測出來的程序數(shù)據(jù)分析結(jié)果，與其挖掘技術(shù)測試相關(guān)技術(shù)內(nèi)容等之間都存在著相輔相成的密切關(guān)系。從其當(dāng)前的發(fā)展形勢及動態(tài)可以得出如下重點(diǎn)研究對象。

靜態(tài)模糊挖掘分析主要是對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的通用固件的漏洞信息進(jìn)行分析研究，通過對漏洞信息的分析測算，可以建立相關(guān)的模糊分析模型，即不詳細(xì)分析內(nèi)部的具體的關(guān)聯(lián)特點(diǎn)，建立一種漏洞信息與現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)的一種關(guān)系，通過模糊模型方法規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備靜態(tài)模糊性、系統(tǒng)程序性的模糊分析技術(shù)，快速找到設(shè)備的漏洞信息所在地[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備漏洞挖掘技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 和機(jī)遇

1.1 通用漏洞挖掘技術(shù)發(fā)展分析

依據(jù)漏洞分析所針對的對象的差異，通用漏洞挖掘技術(shù)可以分為如下三大部分：靜態(tài)漏洞分析挖掘技術(shù)、動態(tài)漏洞挖掘技術(shù)和基于二進(jìn)制的漏洞挖掘技術(shù)。靜態(tài)漏洞挖掘技術(shù)主要采取基于靜態(tài)源代碼程序的漏洞分析測試方法，首先采用建立與某種類型漏洞相對應(yīng)檢測的潛規(guī)則，然后利用動態(tài)數(shù)據(jù)混合流測試技術(shù)進(jìn)行污點(diǎn)檢測分析、符號執(zhí)行分析等，完成與漏洞相關(guān)的潛規(guī)則漏洞測試，這樣才能對動態(tài)漏洞實(shí)現(xiàn)分析挖掘?；诙M(jìn)制的測試方法主要包括了基于靜態(tài)、動態(tài)、動靜漏洞結(jié)合的方法?；陟o態(tài)的二進(jìn)制漏洞分析測試通常要求先把一個二進(jìn)制語言程序逐步轉(zhuǎn)換為一個標(biāo)準(zhǔn)匯編語言程序，又或是再慢慢地轉(zhuǎn)化成為中間編碼的語言程序，中間編碼語言程序是采用統(tǒng)一編碼來表示的。下一步才可以利用以代碼模式為基礎(chǔ)的動態(tài)漏洞挖掘技術(shù)來進(jìn)行分析，同時可以與二進(jìn)制代碼以及多種分析方法相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)的分析，基于靜態(tài)類型進(jìn)行缺陷分析挖掘。而基于動作特征類型的二進(jìn)制缺陷分析測試主要指的是一個基于模糊制導(dǎo)檢測方法的技術(shù)，按照系統(tǒng)的模糊制導(dǎo)的檢測技術(shù)來進(jìn)行劃分，通常分為輸入白盒、灰盒和黑盒三種類型。通過動、靜態(tài)漏洞挖掘技術(shù)對設(shè)備漏洞進(jìn)行挖掘檢測，主要是通過靜態(tài)漏洞挖掘技術(shù)的檢測結(jié)果來輔助動態(tài)漏洞檢測[2]。

1.2 通用漏洞挖掘技術(shù)機(jī)遇

在當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)智能電器設(shè)備硬件系統(tǒng)發(fā)展中，采用二進(jìn)制的靜態(tài)硬件分析漏洞，實(shí)時破解和挖掘靜態(tài)分析漏洞技術(shù)，這已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備漏洞分析領(lǐng)域[3]。同時極好地幫助物聯(lián)網(wǎng)用戶克服了由于硬件資源高度信息受限性、硬件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能異構(gòu)等所導(dǎo)致的靜態(tài)硬件漏洞分析系統(tǒng)的技術(shù)難題。同時，靜態(tài)硬件分析系統(tǒng)相交互的大量信息，也為未來基于靜態(tài)、動態(tài)兩種硬件漏洞分析系統(tǒng)和漏洞挖掘分析技術(shù)的發(fā)展注入新的技術(shù)思想，從而顯著地提升漏洞挖掘分析技術(shù)的應(yīng)用效率。另外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中靜態(tài)智能電器設(shè)備硬件漏洞組件代碼，漏洞分析代碼的大量公開和可復(fù)用性也為靜態(tài)硬件分析漏洞實(shí)時破解和挖掘分析技術(shù)發(fā)展提出一個新的漏洞分析發(fā)展思路，即通過同源性硬件漏洞實(shí)時分析挖掘技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)硬件分析漏洞實(shí)時分析挖掘。

2 靜態(tài)分析技術(shù)分析

2.1 目標(biāo)程序提取與信息恢復(fù)技術(shù)

固件系統(tǒng)目標(biāo)程序系統(tǒng)鏡像固件提取系統(tǒng)分析固件技術(shù)：該鏡像提取分析步驟主要目的是，從其中一個目標(biāo)固件操作系統(tǒng)的所有主要固件中快速分析并提取所有的主要鏡像文件和所有目標(biāo)程序。由于一個目標(biāo)固件操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)通常都在一個攝像頭部件的文件夾中，含有一個固件特征名的源代碼或者是包含一個特征名的特殊字符串，因此我們通?？梢酝ㄟ^基于與固件標(biāo)簽名或者文件名相匹配的多種提取方式，快速完全識別和準(zhǔn)確找出一個目標(biāo)固件操作系統(tǒng)固件中的主要鏡像和文件系統(tǒng)，并進(jìn)一步對文件系統(tǒng)中的鏡像文件進(jìn)行主要固件鏡像解壓，提取并快速找出所有主要鏡像文件和所有目標(biāo)程序。固件系統(tǒng)目標(biāo)程序鏡像提取固件分析技術(shù)固件鏡像提取：對其中包括含有一個目標(biāo)固件操作系統(tǒng)的所有主要固件，該鏡像提取分析步驟對通過分析固件提取并快速找出所有主要固件目標(biāo)程序和所有目標(biāo)中的文件系統(tǒng)，進(jìn)行提取集合，進(jìn)一步分析固件提取，并快速找出所含有待固件，并進(jìn)行提取分析的所有固件目標(biāo)程序。

2.2 基于程序分析的漏洞發(fā)現(xiàn)技術(shù)

在實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)程序數(shù)據(jù)獲取和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析恢復(fù)功能以后，可以通過分析構(gòu)建的系統(tǒng)漏洞功能分析發(fā)掘規(guī)則，并同時整合傳統(tǒng)的靜態(tài)驅(qū)動程序漏洞解析發(fā)掘方法，進(jìn)行對系統(tǒng)漏洞的解析發(fā)掘。不僅僅重視普通功能漏洞挖掘類別，對于物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動設(shè)備漏洞的發(fā)掘還應(yīng)該重視安全漏洞挖掘技術(shù)類型及其技術(shù)模塊的構(gòu)建等。比如，物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備編碼的誤操作、認(rèn)證措施繞過以及后門安全技術(shù)漏洞等。主要目的是方便調(diào)試人員可以直接調(diào)試系統(tǒng)，對設(shè)備中某一項(xiàng)具有特殊功能的部件進(jìn)行調(diào)試。這是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中一種比較普遍的漏洞挖掘技術(shù)應(yīng)用情況[4]。

此認(rèn)證系統(tǒng)是一種基于固件程序代碼分析的方式，利用物聯(lián)網(wǎng)的固件設(shè)備進(jìn)行識別，不經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)的漏洞路徑，此認(rèn)證系統(tǒng)可以繞過漏洞信息完成整體性過程。工作人員對特權(quán)控制器進(jìn)行設(shè)定，建立一種基于固件程序代碼的控制流信息、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)流之間的相互依賴結(jié)構(gòu)圖，通過符號切片執(zhí)行關(guān)鍵性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在特權(quán)控制區(qū)域上的一種數(shù)據(jù)路徑信息，從而在系統(tǒng)正常運(yùn)行中有效繞過系統(tǒng)漏洞，但此工作無法解決固件程序被代碼混淆后的系統(tǒng)分析測算出現(xiàn)的難題。

2.3 符號執(zhí)行技術(shù)

符號執(zhí)行分析技術(shù)的關(guān)鍵是采取一種特殊的賦值方式，采用特殊的符號進(jìn)行控制，利用特殊的針對性極強(qiáng)的賦值信息來達(dá)到對應(yīng)用程序進(jìn)行有效控制的目的，符號執(zhí)行技術(shù)可以高效地運(yùn)用到靜態(tài)程序運(yùn)行的輔助分析過程中，同時該項(xiàng)技術(shù)對應(yīng)用程序中賦值或無法識別的變量進(jìn)行描述，然后利用程序控制器實(shí)現(xiàn)對變量的識別和傳遞，最終變量集合被描述為由一個符號約束值與其他常量集合形成的字符表達(dá)式。如果應(yīng)用程序在執(zhí)行不同路徑工作時，自動產(chǎn)生一個符號的約束路徑，對路徑的約束進(jìn)行求解分析，并給出一個具體的執(zhí)行條件。由于應(yīng)用程序在執(zhí)行漏洞時，可以對模型建立一個相關(guān)值，而此時變量不滿足路徑的特定約束，我們可以使用這種符號執(zhí)行技術(shù)對程序的漏洞信息進(jìn)行充分發(fā)掘。

3 模糊測試技術(shù)

模糊插入測試是根據(jù)一個程序執(zhí)行中信息的實(shí)時獲取生成情況，通?？梢苑譃楹诤?、白盒、灰盒測試。黑盒黑白測試將模糊測試中的對象直接當(dāng)作黑色的盒子，僅按照系統(tǒng)指定的程序規(guī)約隨機(jī)插入生成模糊輸入樣本比例?；诨液懈采w率較高等制導(dǎo)的模糊插入測試，所生成的模糊結(jié)果是基于灰盒模糊試驗(yàn)的一種，其應(yīng)用原理是在程序控制端通中，對一些程序信息進(jìn)行隨機(jī)插入的試驗(yàn)，來實(shí)時獲取某些程序，實(shí)現(xiàn)信息覆蓋率最高的系統(tǒng)信息，并以此進(jìn)行制導(dǎo)時隨機(jī)輸入的樣例生成。核心思想是把一個可以迅速找到新導(dǎo)航路線的種子系統(tǒng)信息作為下一個種子系統(tǒng)輸入，去移植形成全新的路線輸入系統(tǒng)，而對無法重新找到路線系統(tǒng)信息的進(jìn)行舍棄。Af le是最常見的可以通過系統(tǒng)覆蓋率進(jìn)行制導(dǎo)的移動灰盒系統(tǒng)測試工具，一個灰盒測試工具只能對一個用戶在動態(tài)操作模式下的過程代碼塊或者翻譯后的過程數(shù)據(jù)，進(jìn)行一個插樁分析以獲取新的覆蓋率制導(dǎo)信息。模糊測試的試驗(yàn)組件主要應(yīng)用于提高模糊樣品試驗(yàn)組件測試的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。其中，新型基于無攻擊面的模糊樣品測試試驗(yàn)組件設(shè)計(jì)技術(shù)，主要根據(jù)傳統(tǒng)的通信物聯(lián)網(wǎng)和光通信等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，所特有的多種通信協(xié)議交換模式和新型通訊交互方式，系統(tǒng)外部組件內(nèi)核獨(dú)特的新型通訊交換機(jī)制和系統(tǒng)外圍核心和外設(shè)的新型交換手段，提供了新型基于無攻擊面的模糊樣品試驗(yàn)組件測試方法。監(jiān)控端試驗(yàn)組件技術(shù)則是根據(jù)目前用于進(jìn)行灰盒模糊試驗(yàn)測試中所需要的一種監(jiān)控系統(tǒng)組件，實(shí)時通過監(jiān)控系統(tǒng)記錄模糊測試組件目標(biāo)程序的每個測試者在執(zhí)行操作過程中的狀態(tài)，將輸入監(jiān)控端的信息自動反饋給所有用于灰盒測試模糊樣品的人對例進(jìn)行輸入組件生成器，制導(dǎo)其進(jìn)行測試，并將輸入的樣品對例進(jìn)行生成。設(shè)備應(yīng)用程序模擬仿真技術(shù)是指同時進(jìn)行各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相關(guān)應(yīng)用和煙灰盒等抗干擾測試系統(tǒng)工作者，為其提供遠(yuǎn)程的技術(shù)支持。外圍交互系統(tǒng)中的協(xié)議應(yīng)用分析程序仿真技術(shù)是指通過遠(yuǎn)程技術(shù)分析外部交互中的協(xié)議應(yīng)用系統(tǒng)（主要包括移動終端、云端等），提取各種外部協(xié)議交互的基本意義語法和各種基本語義語法結(jié)構(gòu)輸入信息，制導(dǎo)針對干擾測試程序樣本數(shù)據(jù)實(shí)例語法文件數(shù)據(jù)生成器，自動提取產(chǎn)生各種針對干擾測試各個目標(biāo)程序、各種基本語法結(jié)構(gòu)合法的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)輸入，防止制導(dǎo)干擾測試程序樣本數(shù)據(jù)實(shí)例語法文件數(shù)據(jù)生成器隨機(jī)自動提取而產(chǎn)生的各種語法結(jié)構(gòu)輸入，在測試目標(biāo)程序進(jìn)行應(yīng)用解析初期被自動隨機(jī)刪除，從而導(dǎo)致測試系統(tǒng)工作人員無法達(dá)到深度綜合測試的目的[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展中，其相應(yīng)設(shè)備安全漏洞挖掘技術(shù)還處于發(fā)展的初級階段，在今后的相關(guān)技術(shù)研究領(lǐng)域，力求實(shí)現(xiàn)更加有價值的技術(shù)突破，全力保障物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全，為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的安全、健康、優(yōu)質(zhì)發(fā)展保駕護(hù)航?！?/p>