Фаззинг-тестирование: методы, инструменты и применение в обеспечении безопасности программного обеспечения

В статье был рассмотрен способ тестирования ПО, как фаззинг, а также методы и средства, связанные с данным инструментом.

Ключевые слова: фаззинг тестирование, фаззинг, операционные системы, информационная безопасность.

Введение

Фаззинг (fuzzing или fuzz-тестирование) — это метод тестирования программного обеспечения, при котором на вход программы подаются некорректные, случайные или специально сгенерированные данные с целью выявления уязвимостей и сбоев. Основная цель фаззинга — проверить устойчивость программы к неожиданным входным данным и обнаружить потенциальные уязвимости, которые могут быть использованы злоумышленниками. Несмотря на кажущуюся простоту, фаззинг доказал свою высокую эффективность и стал неотъемлемой частью современных подходов к обеспечению безопасности программного обеспечения.

Актуальность фаззинга обусловлена ростом сложности программных систем и увеличением числа атак, направленных на эксплуатацию уязвимостей. В условиях, когда программное обеспечение используется в критически важных областях, таких как финансы, медицина, транспорт и энергетика, обеспечение его безопасности становится приоритетной задачей. Фаззинг позволяет выявлять ошибки на ранних этапах разработки, что снижает риски эксплуатации уязвимостей в реальных условиях.

Необходимость интеграции динамического анализа

Динамический анализ программного обеспечения долгое время считался слишком ресурсоемким и малоэффективным методом для поиска дефектов. Однако современные тенденции в разработке ПО изменили отношение к этому подходу. Во-первых, объем и сложность программного обеспечения постоянно растут, что делает автоматизированные методы тестирования, включая фаззинг, крайне востребованными. Во-вторых, рост производительности вычислительных систем позволяет решать сложные задачи динамического анализа с высокой эффективностью. [2]

Динамический анализ, в отличие от статического, предполагает выполнение программы и наблюдение за ее поведением в реальных условиях. Это позволяет выявлять ошибки, которые могут быть пропущены при статическом анализе, такие как утечки памяти, переполнение буфера или некорректная обработка исключений.

Альтернативы динамическому анализу: статический анализ

В качестве альтернативы динамическому анализу часто рассматривается статический анализ, который предполагает поиск ошибок без запуска программы, например, путем анализа исходного кода. При этом строится абстрактная модель программы, которая становится объектом исследования. Однако статический анализ имеет свои особенности:

1. Раздельный анализ фрагментов программы : позволяет анализировать отдельные функции или процедуры, что упрощает борьбу с ростом сложности.
2. Ложные срабатывания : могут возникать из-за упрощения абстрактной модели или недостаточной глубины анализа.
3. Проблемы проверки и воспроизведения дефектов : обнаруженные ошибки требуют дополнительной проверки и воспроизведения на конкретных входных данных.

Критерии эффективности фаззинг-тестирования

Эффективность фаззинг-тестирования оценивается по следующим критериям [4]:

1. Количество обнаруженных ошибок за определенное время, включая подтвержденные срабатывания.
2. Высокий уровень покрытия кода за короткий период тестирования.
3. Обнаружение уникальных ошибок , которые не были выявлены другими инструментами.
4. Высокая степень автоматизации процесса, начиная от запуска тестов до обработки результатов.

Эти критерии позволяют оценить, насколько эффективно фаззинг-тестирование справляется с задачей поиска уязвимостей и улучшения качества программного обеспечения.

История фаззинга

Термин «фаззинг» был введен в 1988 году Бартом Миллером в работе «The Fuzz Generator». Его идея заключалась в передаче программе некорректных или случайных данных для выявления ситуаций, когда программа не может их обработать. Точки ввода данных могут быть различными: текстовые строки, бинарные файлы, сетевые запросы. Объектом тестирования может быть как целое приложение, так и его отдельные компоненты, например, драйверы. [2]

С тех пор фаззинг эволюционировал от простого метода случайного тестирования до сложного инструмента, использующего машинное обучение, генетические алгоритмы и другие передовые технологии для повышения эффективности тестирования.

Этапы фаззинг-тестирования

Фаззинг-тестирование включает следующие этапы:

1. Определение тестируемого программного обеспечения : выбор компонента или системы, которая будет подвергаться тестированию.
2. Подготовка набора тестовых данных : создание или генерация данных, которые будут использоваться для тестирования.
3. Ввод данных и выполнение программы : передача данных в программу и наблюдение за ее поведением.
4. Регистрация обнаруженных ошибок и багов : фиксация всех сбоев и уязвимостей, выявленных в процессе тестирования. [3]

Для автоматизации процесса используются специальные инструменты — фаззеры, которые позволяют проверять, как программа обрабатывает некорректные данные.

Типы фаззеров и методы фаззинга

1. Мутационные : изменяют существующие данные для создания тестовых условий.
2. Порождающие : создают тестовые данные с нуля, моделируя протоколы или форматы файлов.

Методы фаззинга включают:

1. Метод случайных данных : простой, но менее эффективный подход, основанный на передаче случайных данных.
2. Мутационное тестирование протокола вручную : тестировщик вручную вводит некорректные данные для выявления ошибок.
3. Мутационное тестирование (метод грубой силы) : искажение байтов, слов или других элементов данных в пакетах или файлах. [1]
4. Автоматически порождающее тестирование протокола : использование грамматики для описания спецификации протокола и создания тестовых данных.

Оптимальные фаззеры для различных задач

Для тестирования сетевых приложений используются:

– Фаззеры сетевых протоколов.

– Фаззеры веб-браузеров.

– Фаззеры веб-приложений.

Для тестирования приложений, работающих с командной строкой, применяются фаззеры командной строки . Для анализа уязвимостей, связанных с обработкой файлов, используются фаззеры формата файлов .

Для тестирования ядра операционных систем оптимальным инструментом является syzkaller , который поддерживает множество ОС и активно развивается. Для анализа пользовательских приложений и библиотек широко используется American Fuzzy Lop (AFL) , который позволяет проводить тестирование без перезапуска программы и использует генетические алгоритмы для поиска новых тестовых случаев.

Вывод

Сетевые приложения стали неотъемлемой частью современной жизни, и их уязвимости могут привести к серьезным последствиям, включая утечку конфиденциальных данных. Фаззинг позволяет выявлять слабые места в программном обеспечении и предотвращать их эксплуатацию. Этот метод остается одним из наиболее актуальных и эффективных подходов к исследованию уязвимостей в программных системах.

Литература:

1. Саттон М. Грин А. Амини П. Fuzzing: Исследование уязвимостей методом грубой силы, «Символ Плюс». — СПб. Москва; 2009. — c
2. Ефремов Е. А., Ковалевский А. Е. Фаззинг. Методы и средства фаззинга // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2016. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/fazzing-metody-i-sredstva-fazzinga (дата обращения: 24.02.2025).
3. Фаззинг-тестирование. — Текст: электронный // Solar: [сайт]. — URL: https://rt-solar.ru/products/solar_appscreener/blog/3966/ (дата обращения: 24.02.2025).
4. Морозов А. В., Панамарев Г. Е. Исследование технологий повышения доверия к специальному программному обеспечению с применением инструментальных средств, реализующих фаззинг-тестирование. Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2022. № 3 (123). С. 129–136.
5. syzkaller. — Текст: электронный // Github: [сайт]. — URL: https://github.com/google/syzkaller (дата обращения: 25.02.2025).
6. American Fuzzy Lop. — Текст: электронный // Github: [сайт]. — URL: https://github.com/google/AFL (дата обращения: 25.02.2025).