基于Peach Fuzz的媒體網(wǎng)關(guān)安全測試

姜 文，劉立康

(西安電子科技大學(xué) 通信工程學(xué)院，陜西 西安 710071)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟件在各行各業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。隨之而來的軟件安全問題[1-2]越來越突出，使得安全測試成為一個(gè)專門的測試領(lǐng)域。最近幾年軟件安全測試技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多安全測試工具，常見的安全測試工具有：Nmap、Nessus、Openvas、Burpsuit、AWVS、Peach Fuzz、Codenomicon[3-4]等。其中Peach Fuzz是一款優(yōu)秀的安全測試工具，支持在多種操作系統(tǒng)上運(yùn)行，支持多種協(xié)議的安全測試。

Fuzz(模糊測試)[5]是一種通過提供非預(yù)期的輸入并監(jiān)視異常結(jié)果來發(fā)現(xiàn)軟件安全漏洞的方法?；诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的Fuzz測試?yán)谩盎螖?shù)據(jù)包”測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的健壯性。基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的Fuzz測試過程如下：

(a)獲得測試協(xié)議的正常數(shù)據(jù)包；

(b)用變異數(shù)據(jù)替換該數(shù)據(jù)包中的某些部分；

(c)向被測試對象發(fā)送變異的數(shù)據(jù)包；

(d)監(jiān)控被測試對象的反應(yīng)。

1 Peach Fuzz工具

Peach Fuzz[6-11]是開源的、跨平臺的模糊測試框架，最初采用Python語言編寫，發(fā)布于2004年。第三版使用C#重寫了整個(gè)框架。Windows下使用Peach 3.0之后的版本需要預(yù)先安裝.net 4和Python軟件；Linux、OS X下需要安裝Mono .net開發(fā)框架和Python軟件。

1.1 Peach Fuzz測試基本結(jié)構(gòu)

Peach Fuzz的關(guān)鍵是使用XML語言編寫Pit文件[12-13]，通過配置文件實(shí)現(xiàn)與測試環(huán)境對接，來完成測試過程。Peach Fuzz測試框架主要包括三部分，如圖1所示。

圖1 Peach Fuzz測試基本結(jié)構(gòu)

1.1.1 測試套文件

測試套文件由Pit文件和測試需要調(diào)用的Python文件組成。各文件的功能如下：

(a)Config文件：采用XML語言編寫，包含Pit文件的全局參數(shù)，是Pit文件與測試環(huán)境對接的接口文件;

(b)Pit的DataModel模塊：根據(jù)報(bào)文格式，描述數(shù)據(jù)類型信息，關(guān)系(大小、數(shù)量、偏移量)一個(gè)Pit文件包含一個(gè)或多個(gè)DataModel;

(c)Pit的StateModel模塊：用于定義測試的邏輯，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)機(jī)。它定義了怎么給目標(biāo)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，由一個(gè)或多個(gè)State組成。State由Action組成。Action可以執(zhí)行多種操作。Action是發(fā)送命令給Publisher的一種主要方式，它能發(fā)送輸出，接收輸入或打開一個(gè)連接;

(d)Pit的Test模塊：設(shè)置Agent、Monitor、StateModel、Publisher、數(shù)據(jù)變異策略(Strategy)，日志文件路徑等;

(e)Python文件：對于一些復(fù)雜的Fuzz測試，根據(jù)特殊需要，為Pit文件編寫專用的Python函數(shù)模塊。

1.1.2 Peach Fuzz測試引擎

Peach Fuzz測試引擎[14]主要包括Peach Engine、變異策略Strategy、數(shù)據(jù)變異Mutator、代理管理Agent、Publisher、Logger。

(a)Peach Engine：Peach Fuzz測試的主控程序；

(b)變異策略Strategy：Peach工具有三種變異策略，分別為Sequential、RandomDeterminstic、Random，在文中的媒體網(wǎng)關(guān)測試中選擇Random作為變異策略；

(c)數(shù)據(jù)變異Mutator：對傳送報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行變異處理；

(d)代理管理Agent：Agent能夠運(yùn)行在本地或者遠(yuǎn)程的Peach進(jìn)程，這些進(jìn)程可以啟動監(jiān)視器Monitor，監(jiān)控被測試目標(biāo)，捕獲Crash信息；

(e)Publisher：是Peach發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的I/O接口，每個(gè)測試套至少包含一個(gè)Publisher；執(zhí)行Action需要指定Publisher；

(f)Logger：記錄各種相關(guān)信息。

1.1.3 監(jiān)控測試對象

通過Publisher發(fā)送畸形報(bào)文測試被測試對象，通過Monitors監(jiān)測被測試對象的反應(yīng)。通過Debugger發(fā)送調(diào)試信息。

1.2 Peach Fuzz工具的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：可以對文件格式、ActiveX、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、API等進(jìn)行Fuzz測試；工具由多個(gè)組件組成，各組件層次獨(dú)立，有助于各組件獨(dú)立擴(kuò)展；提供SDK，可擴(kuò)展和更新Fuzz變異算法、監(jiān)控器、Publisher發(fā)包器等各組件；變異能力強(qiáng)。

缺點(diǎn)：規(guī)則比較復(fù)雜，測試人員需要一定的時(shí)間掌握Peach的數(shù)據(jù)建模方法。目前Peach Fuzz已經(jīng)支持的協(xié)議有110多個(gè)，提供的協(xié)議測試套不滿足產(chǎn)品測試需求時(shí)，需要自己擴(kuò)展開發(fā)。

2 H.248協(xié)議和SCTP協(xié)議

2.1 H.248協(xié)議簡介

H.248[15]是一種媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，是軟交換網(wǎng)絡(luò)中控制層的軟交換設(shè)備(媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC)和接入層中各種媒體網(wǎng)關(guān)(MG)的標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議。H.248協(xié)議是一種主從協(xié)議，在MGC與MG的交互中，MGC控制呼叫建立的過程，MG只是被動地接收MGC下發(fā)的各種指令，然后完成相應(yīng)的動作。H.248協(xié)議是一種雙向式的交互協(xié)議，協(xié)議消息分為命令和響應(yīng)兩種類型，每個(gè)命令需要接受對方回送響應(yīng)。

H.248協(xié)議底層傳輸機(jī)制可以采用UDP/TCP/SCTP。由于H.248協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和丟包不太敏感，目前工程上通常采用UDP協(xié)議傳送報(bào)文。對于報(bào)文傳輸可靠性要求比較高的情況，采用SCTP作為傳輸層協(xié)議。

一個(gè)H.248消息的信息體通常由一個(gè)或多個(gè)事務(wù)(Transaction)組成。每個(gè)事務(wù)由一個(gè)TransactionID來標(biāo)識。事務(wù)由一個(gè)或多個(gè)動作(Action)組成。Action由一系列命令組成。每個(gè)命令可帶多個(gè)參數(shù)(描述符)。

H.248協(xié)議使用命令對關(guān)聯(lián)域(Context)和終端(Termination)進(jìn)行控制。H.248協(xié)議所包含的命令、命令功能以及命令的傳輸方向如表1所示。

表1 H.248協(xié)議命令

2.2 SCTP協(xié)議簡介

SCTP協(xié)議(流傳送控制協(xié)議)既能增強(qiáng)UDP業(yè)務(wù)并提供數(shù)據(jù)報(bào)文的可靠傳輸，又能克服TCP的某些局限，可以在不可靠的分組網(wǎng)絡(luò)(IP網(wǎng))上提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

SCTP協(xié)議的主要功能有：

(a)在確認(rèn)方式下無差錯(cuò)、無重復(fù)地傳送用戶數(shù)據(jù)；

(b)可以將多個(gè)小用戶數(shù)據(jù)分組封裝到一個(gè)SCTP的數(shù)據(jù)塊中；

(c)根據(jù)通道最大傳輸單元(MTU)的限制，可以將大用戶數(shù)據(jù)分拆和重組成多個(gè)數(shù)據(jù)塊；

(d)在多個(gè)流上保證用戶數(shù)據(jù)的順序提交；

(e)SCTP的設(shè)計(jì)中包含避免擁塞、避免遭受泛播和匿名攻擊的功能。

SCTP協(xié)議通過在兩個(gè)SCTP端點(diǎn)間建立偶聯(lián)，通過IP地址+SCTP端口號來為兩個(gè)SCTP用戶提供可靠的消息傳送業(yè)務(wù)，消息在數(shù)據(jù)塊中進(jìn)行傳送。

3 基于H.248協(xié)議的媒體網(wǎng)關(guān)安全測試

文中采用Peach Fuzz工具對云化媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行安全測試，采用SCTP作為傳輸層協(xié)議。依據(jù)MG與MGC的控制與連接關(guān)系，采用Peach Fuzz執(zhí)行機(jī)模擬媒體網(wǎng)關(guān)控制器，來完成基于H.248協(xié)議的云化媒體網(wǎng)關(guān)安全測試。

工作內(nèi)容包括云化執(zhí)行機(jī)搭建，執(zhí)行機(jī)模擬MGC；在執(zhí)行機(jī)上安裝Peach工具和其他相關(guān)工具，搭建測試環(huán)境；編寫Peach測試套；Peach Fuzz測試套調(diào)試和連跑；測試的觀測方法；測試結(jié)果分析。

3.1 測試模型

3.1.1 基于H.248協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC通過H.248協(xié)議中的命令控制媒體網(wǎng)關(guān)MG，在終端1與終端2之間進(jìn)行媒體數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于H.248協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

搭建的Peach執(zhí)行機(jī)用來模擬MGC，選擇MG為被測試的媒體網(wǎng)關(guān)，配置媒體數(shù)據(jù)終端，形成Peach Fuzz測試環(huán)境。

3.1.2 報(bào)文變異處理

為了簡化測試模型，選擇AddRequest、Modify Request、SubtractRequest、MoveRequest、ServiceChange Request、NofityReply六個(gè)命令的報(bào)文進(jìn)行變異處理，從MGC向媒體網(wǎng)關(guān)MC發(fā)送報(bào)文，進(jìn)行Peach Fuzz安全測試。

3.2 搭建云化執(zhí)行機(jī)

使用VMWARE虛擬化軟件，制作64位Suse Linux 11.3操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)。登錄vCenter完成虛擬機(jī)的CPU、內(nèi)存大小、數(shù)據(jù)盤大小、操作系統(tǒng)安裝、網(wǎng)絡(luò)配置等步驟；通過yast命令配置虛擬機(jī)的IP地址，開啟SSH服務(wù)。完成安裝配置之后，虛擬機(jī)能夠使用PUTTY工具登錄。云化的執(zhí)行機(jī)上通常需要配置兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，通常使用業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Peach Fuzz測試。云化的執(zhí)行機(jī)用來模擬圖2中的MGC。

3.3 執(zhí)行機(jī)上安裝相關(guān)工具

需要安裝的相關(guān)工具有：Peach工具、mono工具和SCTP協(xié)議的發(fā)包器。

3.3.1 Peach工具安裝部署

將Peach工具版本包拷貝到/opt目錄下，直接解壓即可。

解壓命令：unzip peach-pro-4.3.235-linux_x86_64_release.zip。

3.3.2 mono工具部署

自Peach 3.0之后的版本Peach工具使用C#語言進(jìn)行開發(fā)，在Linux操作系統(tǒng)下mono工具必須與Peach一起安裝，否則Peach工具不能使用。mono工具的安裝步驟如下所示：

(a)將mono工具版本包放到指定的目錄下，解壓軟件包：tar xzvf mono-4.8.1.tar.gz；

(b)添加環(huán)境變量：環(huán)境變量的設(shè)置有兩種情況，一種是臨時(shí)情況，shell退出之后就失效了；一種是永久的，一次設(shè)定之后，系統(tǒng)重啟，或者shell退出或切換，環(huán)境設(shè)置都生效。

增加臨時(shí)環(huán)境變量：執(zhí)行export PATH=/opt/peach43235:/opt/mono/bin:$PATH。

增加永久環(huán)境變量：打開profile文件；在文件中添加命令行：export PATH=/opt/peach43235:/opt/mono/bin:$PATH。

3.3.3 配置SCTP協(xié)議的發(fā)包器文件sctplistener.so

Peach Fuzz測試使用SCTP協(xié)議傳送報(bào)文，需要提供SCTP的發(fā)包器文件。開發(fā)工程師采用C語言編寫SCTP發(fā)包器源代碼，使用GCC 4.3.3版本編譯器，編譯生成發(fā)包器文件sctplistener.so。

3.3.4 部署出報(bào)告的庫文件

Peach Fuzz運(yùn)行完成的結(jié)果需要通過ibgdiplus.so.0生成*.pdf文件格式的報(bào)告。這個(gè)文件保存在/opt/mono/lib文件夾下。

3.3.5 測試環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)部署和對接

Peach Fuzz執(zhí)行機(jī)上的測試工具部署完成之后，需要通過MML命令與被測試的媒體網(wǎng)關(guān)對接起來。在圖2中選擇MG作為被測試的網(wǎng)關(guān)，需要為MG、MGC配置傳輸?shù)腍.248協(xié)議的信令I(lǐng)P地址和端口號，以及媒體數(shù)據(jù)傳輸所需的媒體域與媒體終端的相關(guān)信息。

(1)MG、MGC的相關(guān)配置。

(a)配置MG1和MGC的IP地址與使用的端口號；

(b)添加信令地址，媒體網(wǎng)關(guān)MG的IP地址也可用作信令地址；

(c)添加H.248鏈路，配置H.248鏈路時(shí)，需要將MG、MGC、信令地址、端口號以及SCTP協(xié)議全部關(guān)聯(lián)起來；

(d)執(zhí)行媒體網(wǎng)關(guān)MG激活，激活之后MG處于運(yùn)行狀態(tài)(正常狀態(tài))。

(2)媒體域、媒體的相關(guān)配置。

(a)創(chuàng)建媒體域(Context)，配置媒體域的關(guān)聯(lián)標(biāo)識Context ID值；

(b)將媒體作為終端(Termination)加入媒體域中，配置媒體終端地址。

保存在H.248_binary_Mg.xml.config中的源IP和源端口號是MGC的IP地址和端口號，目的IP和目的端口號是MG的IP地址和端口號。

3.4 Peach Fuzz測試套

Peach工具提供的H.248協(xié)議測試套不能滿足測試的要求，需要自行編寫H.248協(xié)議的測試套。編寫完成的H.248協(xié)議測試套由5個(gè)文件組成，如表2所示。

(a)文件H.248_binary_data_mg.xml為Pit文件的數(shù)據(jù)模型文件，主要包括命令請求和命令回復(fù)的數(shù)據(jù)模型。

表2 Peach Fuzz測試套

(b)文件H.248_binary_ state_mg.xml為Pit文件的狀態(tài)模型文件，主要包括發(fā)送報(bào)文的狀態(tài)模型(State)和接收報(bào)文的狀態(tài)模型(State)。在各(State)中的Action中給出了測試啟動的初始參數(shù)，類似于種子文件。

(c)H.248_binary_mg.xml為Pit文件的Test文件，包含測試所需要的Agent、Publisher。變異策略Strategy、Logger的配置。

Test文件中的主要代碼如下：

代理管理Agent：在Agent中定義了監(jiān)控器；

……

配置Publisher、發(fā)包器為Sctp_listener。

……

配置變異策略、Logger路徑。

(d)H.248_binary_Mg.xml.config為Pit的相關(guān)參數(shù)配置文件，主要包含SourceIPV4、SourcePort、TargetIPV4、TargetPort、Timeout、Strategy、PitLibrary Path、LoggerPath等參數(shù)。

(e)H.248_bin_mg.py為Pit文件測試運(yùn)行時(shí)調(diào)用的Python文件，提供測試過程StateModel文件中各個(gè)狀態(tài)(State)的調(diào)度、控制和響應(yīng)函數(shù)。

3.5 Peach Fuzz測試套調(diào)試和連跑

3.5.1 測試套調(diào)試

測試套調(diào)試過程如下：

進(jìn)入/opt/peach43235/pits文件夾

執(zhí)行：peach ./Net/ H.248-Binary_Mg.xml --debug -1

調(diào)試過程中，使用網(wǎng)絡(luò)抓包工具tcpdump，對各個(gè)命令的請求和回復(fù)開展抓包工作，抓包得到各個(gè)命令請求和命令回復(fù)的報(bào)文流程如圖3所示，表示測試套調(diào)試成功。

圖3 Peach Fuzz測試消息流程

3.5.2 測試套以連跑

進(jìn)入/opt/peach43235/pits文件夾

執(zhí)行：peach ./Net/ H.248_binary_mg.xml --range -1，1500000(1500000為迭代次數(shù))。

3.6 Peach Fuzz測試的觀測方法

運(yùn)行Peach Fuzz工具前后，都需要對云化MG環(huán)境進(jìn)行觀測。

3.6.1 執(zhí)行Peach Fuzz測試之前進(jìn)行的觀測

測試前進(jìn)行如下觀測：

(a)在圖2所示的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，觀測并記錄各虛擬機(jī)的資源占用情況；

(b)觀測并記錄MG環(huán)境上已經(jīng)存在的告警信息；

(c)執(zhí)行調(diào)試命令，打開云化MG環(huán)境中相關(guān)進(jìn)程的打印協(xié)議棧日志的調(diào)試開關(guān)，這樣Peach Fuzz測試結(jié)束之后，可以打印處日志的error信息；

(d)在運(yùn)行Peach Fuzz測試的執(zhí)行機(jī)上，對測試環(huán)境對接的網(wǎng)卡進(jìn)行抓包，可以通過ifconfig文件進(jìn)行網(wǎng)卡查詢。

抓包命令：tcpdump -v -n -i ethx -w /opt/sctp_x.cap -s 0 port xxxx

(端口號與已經(jīng)配置的H248鏈路一致)。

3.6.2 執(zhí)行Peach Fuzz測試之后需要進(jìn)行的觀測

測試后進(jìn)行如下觀測：

(a)在圖2所示的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中觀測并記錄各虛擬機(jī)的資源占用情況；

(b)在MG環(huán)境上觀測并記錄告警，并與測試執(zhí)行之前環(huán)境上上報(bào)的告警進(jìn)行對比，查看是否有新的異常告警出現(xiàn)；

(c)執(zhí)行MG產(chǎn)品查詢內(nèi)存的調(diào)試命令，記錄執(zhí)行結(jié)果，查看執(zhí)行結(jié)果的最后一列，如果有非0的值就需要聯(lián)系開發(fā)人員，定位導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的原因。

3.7 測試結(jié)果分析

Peach測試完成之后，對測試環(huán)境中上報(bào)的告警進(jìn)行分析，查看是否有新增告警信息。執(zhí)行GET SYSINFO命令收集進(jìn)程或業(yè)務(wù)虛擬機(jī)相關(guān)的日志記錄，將日志記錄反饋給軟件開發(fā)工程師和相關(guān)人員；分析產(chǎn)生告警的原因，定位和處理存在的各種問題。

4 典型案例

使用VMware軟件構(gòu)建虛擬機(jī)來模擬MGC，搭建兩個(gè)網(wǎng)卡、4CPU、8 G內(nèi)存、100 G存儲空間、64位Suse Linux 11.3操作系統(tǒng)的虛擬機(jī)。Peach版本為4.3.235、配套的mono版本為4.8.1。Peach工具自帶的H.248測試套不能滿足S產(chǎn)品媒體網(wǎng)關(guān)MG測試的要求，需要自行編寫測試套文件。

使用一個(gè)執(zhí)行機(jī)對MG進(jìn)行15萬次Peach Fuzz測試需要30天時(shí)間。為了提高測試效率，共搭建了10個(gè)測試執(zhí)行機(jī)(MGC)，同時(shí)分別添加10個(gè)云化MG和H248鏈路。每個(gè)執(zhí)行機(jī)上分別啟動1.5萬次Peach Fuzz測試，4天時(shí)間完成測試連跑。

測試完成之后，各虛擬機(jī)資源占用正常、無異常告警以及內(nèi)存泄漏則表示測試通過。對于測試中出現(xiàn)的一些問題，聯(lián)系相關(guān)人員對問題進(jìn)行定位分析，使問題得到有效處理。

5 Peach Fuzz測試過程中遇到的問題實(shí)例

執(zhí)行Peach Fuzz測試過程中遇到的幾個(gè)典型問題與解決方法如下：

(a)運(yùn)行測試套時(shí)，找不到stcplistener.so文件。

解決方法：編譯生成該文件，同時(shí)進(jìn)行路徑部署和環(huán)境變量設(shè)置。

(b)運(yùn)行測試套時(shí)，H.248消息報(bào)錯(cuò)為ADD Response消息匹配數(shù)據(jù)失敗，H.248跟蹤消息中報(bào)錯(cuò)信息為“資源不足”。查看運(yùn)行Peach對接的測試環(huán)境，發(fā)現(xiàn)環(huán)境中沒有配置媒體域和媒體終端。

解決方法：對接測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)，采用MML命令添加媒體域與媒體終端。

(c)從Peach FUZZ的debug.log中可以看出，Add Request消息復(fù)制失敗，沒有收到消息；從抓包結(jié)果來看，執(zhí)行Peach Fuzz測試時(shí)會出現(xiàn)自動拆鏈的情況。

解決方法：確認(rèn)是由于Add Request消息發(fā)消息超時(shí)導(dǎo)致的，可以通過增大超時(shí)時(shí)間來解決。

6 結(jié)束語

介紹了Peach Fuzz測試基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，H.248協(xié)議和SCTP協(xié)議；敘述了媒體網(wǎng)關(guān)安全測試模型。結(jié)合媒體網(wǎng)關(guān)安全測試的工作實(shí)踐，敘述了基于Peach Fuzz的媒體網(wǎng)關(guān)測試過程。介紹了大量基于Peach Fuzz測試的技術(shù)細(xì)節(jié)。工作實(shí)踐表明對媒體網(wǎng)關(guān)進(jìn)行Peach Fuzz安全測試，有助于提高媒體網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的安全可靠性,從而可以提高媒體網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品開發(fā)與測試的效率，降低開發(fā)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量。