CN111382066B - 一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法，该测试方法包括，构建与开发中软件定义网络应用的功能说明相适应的形式化模型及安全约束。利用模型检测工具检测形式化模型，如果存在对安全约束的违反，则生成并输出对应的反例；如果不存在违反，则为最终版本的功能说明。如果有反例输出，则根据反例生成测试脚本。使用测试脚本对原型实现进行测试，如存在通过的测试判决，则对应修改功能说明和原型实现；如不存在通过的测试判决，则为最终版本的原型实现，测试终止。重复前述步骤，直至产生最终版本的功能说明和原型实现。该方法实现了对开发中的软件定义网络应用进行迭代测试，利于软件定义网络应用的开发。

Description

一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法

技术领域

本发明属于网络协议测试技术领域，具体地说，尤其涉及一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法。

背景技术

协议测试技术是保证网络通信协议能够正确实现，以及不同的网络设备之间实现正确互连的重要手段。一致性测试是基本的协议测试方法，其主要用于检测协议的实现是否与协议的规范相一致。安全属性测试是基于一致性测试的扩展测试方法，其主要用于检测协议的实现中是否存在安全漏洞。

基于模型检测的测试是这一领域中的重要问题，其主要是基于模型检测来发现协议规范中存在的错误，生成用于测试协议实现的测试集(或测试脚本)。在大多数已提出的基于模型检测的测试技术中，其基本思想是根据协议规范建立形式化模型，使用模型检测工具查找模型中存在的错误，进而生成对应的测试集并针对协议实现进行测试。

现有技术中基于模型检测的测试方法仅考虑已发布版本的协议实现，对于开发中的协议实现进行测试并没有涉及。而软件定义网络应用是一种新型的网络协议，大多数软件定义网络应用都采用开源项目的方式进行开发，开发周期透明且经过多个版本迭代，需要针对开发中的原型实现进行测试，现有的测试方法难以适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中基于模型检测的测试方法存在局限于测试已发布版本的协议实现，不支持针对开发中的软件定义网络应用原型实现进行迭代测试，不利于软件定义网络应用开发的问题。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法，包括：

根据开发中软件定义网络应用的功能说明提取安全属性，构建与功能说明相适应的形式化模型以及与安全属性相适应的安全约束。

利用模型检测工具探索所述形式化模型的状态空间，如果存在对所述安全约束的违反，则由模型检测工具生成并输出与所述违反对应的反例；如果不存在对所述安全约束的违反，则所述功能说明为最终版本的功能说明，所述安全属性为最终版本的安全属性。

如果有所述反例输出，对所述反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本。

使用已有的所有所述测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试，如测试结果中存在一个或多个通过的测试判决，则对应修改所述功能说明和所述原型实现，形成新版本的功能说明和新版本的原型实现；如测试结果中不存在通过的测试判决，则所述原型实现为最终版本的原型实现，测试终止。

重复前述步骤，直至产生所述最终版本的功能说明、所述最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现。

优选地，所述开发中软件定义网络应用是正在开发过程中、尚未正式发布的、运行于软件定义网络控制器平台上的软件应用，包括功能说明和原型实现，所述功能说明是用于描述所述开发中软件定义网络应用所具备的功能的文档，所述原型实现是具备所述开发中软件定义网络应用功能的可执行程序。

优选地，所述安全属性包括所述开发中软件定义网络应用应遵循的网络安全规则和具备的网络安全功能；所述形式化模型包括描述软件定义网络应用实体的进程，描述软件定义网络通信链路的信道，以及描述软件定义网络应用数据的数据结构；所述安全约束包含所述形式化模型遵循所述安全属性，必须满足的条件。

优选地，所述对所述反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本，包括：

将所述进程列表中除与被测所述原型实现对应的进程以外的每个进程，分别初始化为一个测试端口；

遍历所述消息序列中的每个消息，以确定各测试端口发送输入消息和接收输出消息的内容及顺序，并组合为测试脚本；

在测试脚本中设置测试判决，如果测试过程中被测所述原型实现的每一个所述输入消息或所述输出消息的内容及顺序均与所述反例中的所述消息序列一致，则为通过，否则为不通过。

优选地，所述使用已有的所有所述测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试，包括：

将测试系统的网络接口与运行所述开发中软件定义网络应用的软件定义网络控制器的网络接口相连接；

在测试系统中依次选取已生成的所述每一个测试脚本，执行所述测试脚本，并将执行得到的所述测试判决记录在测试结果中。

优选地，所述对应修改所述功能说明和所述原型实现，形成新版本的功能说明和新版本的原型实现，包括：

在所述功能说明中查找与违反所述安全约束相关的内容，进行修订以满足所述安全约束的需求，修订后的功能说明作为所述新版本的功能说明；

在所述原型实现的源代码中查找与违反所述安全约束相关的内容，进行修订以满足所述安全约束的需求，编译所述修订后的源代码生成可执行程序作为所述新版本的原型实现；

优选地，所述重复前述步骤，直至产生所述最终版本的功能说明、所述最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现，包括：

步骤1、根据所述新版本的功能说明提取所述新版本的安全属性，构建与所述新版本的功能说明相适应的新版本的形式化模型以及与新版本的安全属性相适应的新版本的安全约束。

步骤2、利用模型检测工具探索所述新版本的形式化模型的状态空间，如果存在对所述新版本的安全约束的违反，则由模型检测工具生成并输出与所述违反对应的新版本的反例；如果不存在对所述新版本的安全约束的违反，则所述功能说明为最终版本的功能说明，所述安全属性为最终版本的安全属性。

步骤3、如果有所述新版本的反例输出，对所述新版本的反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成新版本的测试脚本；

步骤4、使用已有的所有所述测试脚本对所述新版本的原型实现进行测试，如测试结果中存在一个或多个通过的测试判决，则对应修改所述新版本的功能说明和所述新版本的原型实现，形成更新版本的功能说明和更新版本的原型实现；如测试结果中不存在通过的测试判决，则所述新版本的原型实现为最终版本的原型实现，测试终止。

步骤5、重复步骤1至步骤4，直至产生所述最终版本的功能说明、最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现。

优选地，所述测试端口是测试脚本中对应发送和接收测试消息的数据结构。

优选地，所述测试系统是可以运行所述测试脚本，具有多个网络接口的计算机；当所述测试脚本在所述测试系统上执行时，所述测试端口映射到所述网络接口以发送和接收测试消息。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

通过针对开发中软件定义网络应用的不同版本，基于模型检测工具建立测试脚本并进行测试和开发的反复迭代，实现了对开发中软件定义网络应用的安全属性测试，有利于提高开发中软件定义网络应用的准确性和安全性。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为根据本发明一实施例的开发中软件定义网络应用安全属性测试方法的流程示意图；

图2为根据本发明一实施例的开发中软件定义网络应用安全属性测试框架示意图；

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

图1为根据本发明一实施例的开发中软件定义网络应用安全属性测试方法的流程示意图，如图所示，该生成方法包括：

步骤S110、根据开发中软件定义网络应用的功能说明提取安全属性，构建与功能说明相适应的形式化模型以及与安全属性相适应的安全约束。

步骤S120、利用模型检测工具探索形式化模型的状态空间，检测是否存在对安全约束的违反。如果存在，由模型检测工具生成并输出与该违反对应的反例，如步骤S121所示。如果不存在，得到最终版本的功能说明和最终版本的安全属性，继续步骤S140，如步骤122所示。

步骤S130、对反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本。

步骤S140、使用已有的所有测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试，检测测试结果中是否存在一个或多个通过的测试判决。如果存在，对应修改功能说明、安全属性和原型实现，形成新版本的功能说明、新版本的安全属性和新版本的原型实现，如步骤S141所示。如果不存在，得到最终版本的原型实现，测试终止，如步骤S142所示。

重复步骤S110-S141，直到到达步骤S142。

具体的，在步骤S110中，开发中软件定义网络应用是正在开发过程中、尚未正式发布的、运行于软件定义网络控制器平台上的软件应用，包括功能说明和原型实现，功能说明是用于描述开发中软件定义网络应用所具备的功能的文档，原型实现是具备开发中软件定义网络应用功能的可执行程序。安全属性包括开发中软件定义网络应用应遵循的网络安全规则和具备的网络安全功能；形式化模型包括描述软件定义网络应用实体的进程，描述软件定义网络通信链路的信道，以及描述软件定义网络应用数据的数据结构；安全约束包含形式化模型遵循安全属性，必须满足的条件。

另外，本发明实施例中对于建立形式化模型时所采用的具体方法以及建模语言均不做限定，可以根据实际情况对现有技术中的建模方法进行选择。

接下来，在步骤S120中，模型检测工具是基于模型检测理论自动验证形式化模型的是否满足约束的自动化软件工具。模型检测工具可以用于探索形式化模型的状态空间。反例是模型检测工具发现形式化模型中对约束的违反后的输出，其一般包括形式化模型的进程列表、信道列表，以及对应的状态和消息序列。

利用模型检测工具生成并输出对应的反例均属于现有技术，此处不再赘述。

在步骤S130中，对反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本。反例中的进程是具有独立功能、能够独立活动的一个实体。进程列表记录了反例中的全部进程。

首先，将进程列表中除与被测原型实现对应的进程以外的每个进程，分别初始化为一个测试端口；

然后，遍历消息序列中的每个消息，以确定各测试端口发送输入消息和接收输出消息的内容及顺序，并组合为测试脚本；

最后，在测试脚本中设置测试判决，如果测试过程中被测原型实现的每一个输入消息或输出消息的内容及顺序均与反例中的消息序列一致，则为通过，否则为不通过。

在步骤S140中，使用已有的所有测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试。

首先，将测试系统的网络接口与运行开发中软件定义网络应用的软件定义网络控制器的网络接口相连接；

然后，在测试系统中依次选取已生成的每一个测试脚本，执行测试脚本，并将执行得到的测试判决记录在测试结果中。

在步骤S141中，对应修改功能说明和原型实现，形成新版本的功能说明和新版本的原型实现。

首先，在功能说明中查找与违反安全约束相关的内容，进行修订以满足安全约束的需求，修订后的功能说明作为新版本的功能说明；

然后，在原型实现的源代码中查找与违反安全约束相关的内容，进行修订以满足安全约束的需求，编译修订后的源代码生成可执行程序作为新版本的原型实现。

此外，在步骤140中，测试端口是测试脚本中对应发送和接收测试消息的数据结构。测试系统是可以运行所述测试脚本，具有多个网络接口的计算机；当测试脚本在测试系统上执行时，测试端口映射到网络接口以发送和接收测试消息。

下面结合图2，以一个开发中软件定义网络应用的安全属性测试为例，来说明开发中软件定义网络应用安全属性测试框架。

如图2所示，起初，开发中软件定义网络应用具有粗略的功能说明(功能说明0)和最初的原型实现(原型实现0)。然后，依据如下步骤开始测试过程(第0轮测试)：步骤11，根据功能说明提取基本安全属性(安全属性0)；步骤12，使用模型检测工具指定的建模语言构建模型(形式化模型0)，该模型应与功能说明(功能说明0)一致。同时，步骤13，根据安全属性(安全属性0)提取安全约束(安全约束0)。步骤12与步骤13没有特定的先后顺序。

步骤20，使用模型检测工具检查模型中是否存在违反安全约束的情况，如果发现有违反，模型检测工具输出反例(反例0)。步骤30，使用测试生成工具根据反例生成测试脚本(测试脚本0)。步骤40，使用已生成的测试脚本(测试脚本0)测试原型实现(原型实现0)。如果测试例执行得到通过判决，可以确认存在安全缺陷。步骤51，根据测试结果修改功能说明，得到新版本功能说明(功能说明1)；步骤52，根据测试结果修改原型实现，得到新版本原型实现(原型实现1)。到此第0轮测试完成，可以针对新版本功能说明(功能说明1)和原型实现(原型实现1)进行第1轮测试。新一轮测试过程与前一轮测试过程类似。区别在于，完成验证与测试生成后，应使用原有的测试脚本(测试脚本0)与新生成的测试脚本(测试脚本1)一起测试新版原型实现(原型实现1)。重复前述过程，经过数轮“测试——修正——再测试”，可以得到最终版本功能说明、最终版本安全属性和最终版本原型实现。使用模型检测工具检测最终版本功能说明对应的模型(最终版本形式化模型)，不应发现对安全约束(最终版本安全约束)的违反。此外，最终版本原型实现应经过全部已有的测试例测试并没有发现通过的判决，包括测试脚本0、测试脚本1、……、测试脚本n。

本发明的实施例提供了一种基于开发中软件定义网络应用安全属性测试方法，该方法支持针对开发中的软件定义网络应用原型实现进行迭代测试，利于软件定义网络应用开发。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种开发中软件定义网络应用安全属性测试方法，包括：

根据开发中软件定义网络应用的功能说明提取安全属性，构建与功能说明相适应的形式化模型以及与安全属性相适应的安全约束，其中：

所述开发中软件定义网络应用是正在开发过程中、尚未正式发布的、运行于软件定义网络控制器平台上的软件应用，包括功能说明和原型实现，所述功能说明是用于描述所述开发中软件定义网络应用所具备的功能的文档，所述原型实现是具备所述开发中软件定义网络应用功能的可执行程序；

所述安全属性包括所述开发中软件定义网络应用应遵循的网络安全规则和具备的网络安全功能；所述形式化模型包括描述软件定义网络应用实体的进程，描述软件定义网络通信链路的信道，以及描述软件定义网络应用数据的数据结构；所述安全约束包含所述形式化模型遵循所述安全属性时必须满足的条件；

利用模型检测工具探索所述形式化模型的状态空间，如果存在对所述安全约束的违反，则由模型检测工具生成并输出与所述违反对应的反例；如果不存在对所述安全约束的违反，则所述功能说明为最终版本的功能说明，所述安全属性为最终版本的安全属性；

如果有所述反例输出，则对所述反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本；

使用已有的所有所述测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试，如测试结果中存在一个或多个通过的测试判决，则对应修改所述功能说明和所述原型实现，形成新版本的功能说明和新版本的原型实现，具体包括：

在所述功能说明中查找与违反所述安全约束相关的内容，进行修订以满足所述安全约束的需求，修订后的功能说明作为所述新版本的功能说明；

在所述原型实现的源代码中查找与违反所述安全约束相关的内容，进行修订以满足所述安全约束的需求，编译修订后的源代码生成可执行程序作为所述新版本的原型实现；

如测试结果中不存在通过的测试判决，则所述原型实现为最终版本的原型实现，测试终止；

重复前述步骤，直至产生所述最终版本的功能说明、所述最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述对所述反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成测试脚本，包括：

将所述进程列表中除与被测所述原型实现对应的进程以外的每个进程，分别初始化为一个测试端口；

遍历所述消息序列中的每个消息，以确定各测试端口发送输入消息和接收输出消息的内容及顺序，并组合为测试脚本；

在测试脚本中设置测试判决，如果测试过程中被测所述原型实现的每一个所述输入消息或所述输出消息的内容及顺序均与所述反例中的所述消息序列一致，则为通过，否则为不通过。

3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述使用已有的所有所述测试脚本对开发中软件定义网络应用的原型实现进行测试，包括：

将测试系统的网络接口与运行所述开发中软件定义网络应用的软件定义网络控制器的网络接口相连接；

在测试系统中依次选取已生成的所述每一个测试脚本，执行所述测试脚本，并将执行得到的所述测试判决记录在测试结果中。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述重复前述步骤，直至产生所述最终版本的功能说明、所述最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现，包括：

步骤1、根据所述新版本的功能说明提取所述新版本的安全属性，构建与所述新版本的功能说明相适应的新版本的形式化模型以及与新版本的安全属性相适应的新版本的安全约束；

步骤2、利用模型检测工具探索所述新版本的形式化模型的状态空间，如果存在对所述新版本的安全约束的违反，则由模型检测工具生成并输出与所述违反对应的新版本的反例；如果不存在对所述新版本的安全约束的违反，则所述功能说明为最终版本的功能说明，所述安全属性为最终版本的安全属性；

步骤3、如果有所述新版本的反例输出，则对所述新版本的反例进行解析，根据反例中的进程列表与消息序列生成新版本的测试脚本；

步骤4、使用已有的所有所述测试脚本对所述新版本的原型实现进行测试，如测试结果中存在一个或多个通过的测试判决，则对应修改所述新版本的功能说明和所述新版本的原型实现，形成更新版本的功能说明和更新版本的原型实现；如测试结果中不存在通过的测试判决，则所述新版本的原型实现为最终版本的原型实现，测试终止；

步骤5、重复步骤1至步骤4，直至产生所述最终版本的功能说明、最终版本的安全属性和所述最终版本的原型实现。

5.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述测试端口是测试脚本中对应发送输入消息和接收输出消息的数据结构。

6.根据权利要求3或5所述的测试方法，其特征在于，测试系统是可以运行所述测试脚本，具有多个网络接口的计算机；当所述测试脚本在所述测试系统上执行时，所述测试系统的网络接口映射到所述软件定义网络控制器的网络接口以发送和接收测试消息。

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