CN117278992B - 一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，属于无人机系统通信技术领域，测试系统包括机上安全测试服务器、测试用例注入单元、测试响应采集单元和测试结果比对单元，机上安全测试服务器设置有测试用例集工具库和测试结果数据库，测试用例集工具库内设置有若干测试用例和测试工具，以及与每一测试用例对应的预期正确结果；通过测试系统与机上系统的物理接入和逻辑接入，形成测试用例与反馈的完整闭路，在完成接口适配和测试通讯协议对接后，将被测结果回显到测试工具及回显部分，从而通过攻击对抗样本对机上系统进行安全测试，再通过测试结果信息分析目前对无人机系统造成安全威胁的各种因素。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，属于无人机通信技术领域。
背景技术
随着人工智能的迅速发展及其广泛应用，人工智能安全也开始引起人们的关注，攻击者在正常样本中增加了细微的扰动，导致深度学习模型分类判断出现错误，这种行为称为对抗样本攻击。近些年来，对抗样本攻击在军事领域也得到了应用，通过构造恶意样本对基于人工智能技术的目标识别系统进行欺骗，使其出现误判。人工智能模型在无人机感知规避、目标监测与跟踪、攻击监测等任务中有着广泛的应用。因此，对抗样本攻击也会对无人机安全产生威胁。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，来测试目前对无人机系统造成安全威胁的各种因素。
一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，所述测试系统包括：
机上安全测试服务器，所述机上安全测试服务器设置有测试用例集工具库和测试结果数据库，所述测试用例集工具库内设置有若干测试用例和测试工具，以及与每一所述测试用例对应的预期正确结果；
测试用例注入单元，所述测试用例注入单元与所述机上安全测试服务器连接，所述机上安全测试服务器用于接收用户端发送的测试请求信息后，将所述测试用例和所述测试工具发送给所述测试用例注入单元；
测试响应采集单元，所述测试响应采集单元通过地面站系统物理接口与所述测试用例注入单元连接，所述测试用例注入单元保存所述测试工具，并通过所述地面站系统物理接口将所述测试用例转换为响应信号发送给所述测试响应采集单元，所述测试响应采集单元将所述响应信号传输给机上系统进行安全性测试，得到实测数据；
测试结果比对单元，所述测试结果比对单元分别与所述测试响应采集单元和所述机上安全测试服务器连接，所述测试响应采集单元将所述实测数据发送给所述测试结果比对单元，所述测试结果比对单元从所述测试用例集工具库中调取与所述测试用例对应的预期正确结果，并将所述预期正确结果与所述实测数据进行比对得到测试结果信息，再将所述测试结果信息储存到所述测试结果数据库中；
所述测试响应采集单元包括数据监测模块、测试用例注入接口模块和测试结果回显模块，所述数据监测模块分别与所述测试用例注入接口模块和所述测试结果回显模块连接，所述数据监测模块通过嵌入式硬件接入若干所述机上系统，所述测试用例注入接口模块与所述地面站系统物理接口连接；
所述测试用例注入接口模块用于接收所述响应信号，并将所述响应信号中携带的测试用例信息发送给对应的所述机上系统，进行安全性测试；
所述数据监测模块用于监测所述机上系统在进行安全性测试过程中产生的异常指令操作，获取所述实测数据；
所述测试结果回显模块用于将所述实测数据回显给与所述测试用例对应的所述测试工具和所述测试结果比对单元，使得所述测试用例集工具库将与所述测试工具对应的所述预期正确结果发送给所述测试结果比对单元，所述测试结果比对单元对所述实测数据和所述预期正确结果进行比对后，得到所述测试结果信息；
所述测试响应采集单元还包括安全故障定位模块，所述安全故障定位模块用于测试所述机上系统在受到信号欺骗或强干扰情况下是否正常工作，其中：
通过移动终端实时地调整所述安全故障定位模块要发送的任意位置信息，然后根据星历文件和要发送的所述位置信息，将相应的所述位置信息通过定位信息生成程序进行计算，生成二进制数据包，再通过GNU-Radio和USRP，并结合天线发送所述二进制数据包给所述机上系统，用于测试所述机上系统是否接收所述二进制数据包；
所述二进制数据包携带的数据信息为虚假GPS位置信息。
可选地，所述机上安全测试服务器每次向所述测试用例注入单元至少发送一组所述测试用例和所述测试工具，且每组所述测试用例和所述测试工具一一对应。
可选地，所述测试结果数据库每储存一次所述测试结果信息后，形成一个反馈指令，并将所述反馈指令发送给所述机上安全测试服务器，所述机上安全测试服务器接收到所述反馈指令后，终止相应所述机上系统的本次测试。
可选地，所述测试用例信息包括攻击对抗样本信息和数据监测信息；
所述数据监测模块将所述数据监测信息通过神经网络算法处理后发送给所述机上系统，用于监测所述机上系统在测试过程中是否存在系统漏洞；
当所述数据监测模块监测到所述机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，所述测试用例注入接口模块将所述攻击对抗样本信息通过神经网络算法处理后发送给所述机上系统，用于对所述机上系统进行权限获取，以及指令篡改；
当所述数据监测模块未监测到所述机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，所述数据监测模块对所述机上系统继续监测，直至所述机上系统结束本次测试。
可选地，所述嵌入式硬件通过1394B通讯总线与所述机上系统连接。
可选地，所述机上安全测试服务器利用对比学习模型生成与每一所述测试用例对应的预期正确结果。
本发明能产生的有益效果包括：
本发明所提供的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，先通过测试系统与机上系统的物理接入和逻辑接入，再形成测试用例与反馈的完整闭路，机上系统接收测试系统的测试命令输入，接收测试用例测试，在完成接口适配和测试通讯协议对接后，将被测结果回显到测试工具及回显部分，从而通过攻击对抗样本对无人机机上系统进行安全测试，再通过测试结果信息分析目前对无人机系统造成安全威胁的各种因素，来丰富测试数据结果的多样性，为后续增强无人机系统安全使用环境奠定基础。
附图说明
图1为本发明一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
如图1所示，本发明提供一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，测试系统包括：
机上安全测试服务器，机上安全测试服务器设置有测试用例集工具库和测试结果数据库，测试用例集工具库内设置有若干测试用例和测试工具，以及在测试前利用对比学习模型生成与每一测试用例对应的预期正确结果；
测试用例注入单元，测试用例注入单元与机上安全测试服务器连接，机上安全测试服务器用于接收用户端发送的测试请求信息后，将测试用例和测试工具发送给测试用例注入单元；
测试响应采集单元，测试响应采集单元通过地面站系统物理接口与测试用例注入单元连接，测试用例注入单元保存测试工具，并通过地面站系统物理接口将测试用例转换为响应信号发送给测试响应采集单元，测试响应采集单元将响应信号传输给机上系统进行安全性测试，得到实测数据；
测试结果比对单元，测试结果比对单元分别与测试响应采集单元和机上安全测试服务器连接，测试响应采集单元将实测数据发送给测试结果比对单元，测试结果比对单元从测试用例集工具库中调取与测试用例对应的预期正确结果，并将预期正确结果与实测数据进行比对得到测试结果信息，再将测试结果信息储存到测试结果数据库中。
在上述中，为适用于时序数据，对比学习模型采用DCDetector，是一种多尺度双重注意力对比表示学习模型；能够利用双重注意力不对称设计来创建表示重排序环境，通过仅使用对比损失来训练模型，从而学习到了一种具有高鉴别能力且与特征重排序无关的表示；其中，所使用的训练数据为测试用例打入机上系统后产生的实时真实系统数据。
进一步地，机上安全测试服务器每次向测试用例注入单元至少发送一组测试用例和测试工具，且每组测试用例和测试工具一一对应。
进一步地，测试结果数据库每储存一次测试结果信息后，形成一个反馈指令，并将反馈指令发送给机上安全测试服务器，机上安全测试服务器接收到反馈指令后，终止相应机上系统的本次测试。
进一步地，测试响应采集单元包括数据监测模块、测试用例注入接口模块和测试结果回显模块，数据监测模块分别与测试用例注入接口模块和测试结果回显模块连接，数据监测模块通过嵌入式硬件接入若干机上系统，测试用例注入接口模块与地面站系统物理接口连接；
测试用例注入接口模块用于接收响应信号，并将响应信号中携带的测试用例信息发送给对应的机上系统，进行安全性测试；
数据监测模块用于监测机上系统在进行安全性测试过程中产生的异常指令操作，获取所述实测数据；
测试结果回显模块用于将实测数据回显给与测试用例对应的测试工具和测试结果比对单元，使得测试用例集工具库将与测试工具对应的预期正确结果发送给测试结果比对单元，测试结果比对单元对实测数据和预期正确结果进行比对后，得到测试结果信息。
进一步地，测试响应采集单元还包括安全故障定位模块，安全故障定位模块用于测试机上系统在受到信号欺骗或强干扰情况下是否正常工作，其中：
通过移动终端实时地调整安全故障定位模块要发送的任意位置信息，然后根据星历文件和要发送的位置信息，将相应的位置信息通过定位信息生成程序进行计算，生成二进制数据包，再通过GNU-Radio和USRP，并结合天线发送二进制数据包给机上系统，用于测试机上系统是否接收二进制数据包；
二进制数据包携带的数据信息为虚假GPS位置信息。
需要说明的是：GNU-Radio为开源软件无线电或开源软件定义无线电，是一个对学习，构建和部署软件定义无线电系统的免费软件工具包；USRP为通用软件无线电外设，用于充当一个无线电通讯系统的数字基带和中频部分。
进一步地，测试用例信息包括攻击对抗样本信息和数据监测信息；
数据监测模块将数据监测信息通过神经网络算法处理后发送给机上系统，用于监测机上系统在测试过程中是否存在系统漏洞；
当数据监测模块监测到机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，测试用例注入接口模块将攻击对抗样本信息通过神经网络算法处理后发送给机上系统，用于对机上系统进行权限获取，以及指令篡改；
当数据监测模块未监测到机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，数据监测模块对机上系统继续监测，直至机上系统结束本次测试。
在上述中，数据监测模块用于监测实时数据，根据数据特征，神经网络算法采用CNN-BiLSTM混合网络，其中，CNN模块采用一维卷积，用于提取数据中的局部特征，BiLSTM模块则可以通过双向机制提取时序数据中的全局特征。
进一步地，嵌入式硬件通过1394B通讯总线与机上系统连接，从而建立测试系统与机上系统的通讯连接，使得测试系统与机上系统之间通过1394B通讯协议进行通讯。
本发明所提供的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，先通过测试系统与机上系统的物理接入和逻辑接入，再形成测试用例与反馈的完整闭路，机上系统接收测试系统的测试命令输入，接收测试用例测试，在完成接口适配和测试通讯协议对接后，将被测结果回显到测试工具及回显部分，从而通过攻击对抗样本对无人机机上系统进行安全测试，再通过测试结果信息分析目前对无人机系统造成安全威胁的各种因素。
本实施例中，以测试地面基站网络主机系统漏洞为例。
具体的，首先将测试系统接入地面基站网络主机系统，再通过测试系统的数据监测模块扫描整个地面基站网络主机系统，监测可利用的TCP/UDP端口和linux系统漏洞，从而开展漏洞监测与利用，获取地面基站网络主机系统权限；其中，通过可利用的TCP/UDP端口，尝试拦截、篡改地面基站网络主机系统的人机交互界面下发的实时指令，并封装在协议帧中，通过网口发送给与地面基站对应的无人机通讯电台；通过利用linux系统漏洞，获取地面基站控制权、同时可通过指令伪造间接攻击无人机系统；并在利用TCP/UDP端口和linux系统漏洞通过攻击对抗样本对无人机系统进行安全测试期间，通过木马上传维持权限，继续获取无人机被攻击后的状态信息，最后清除攻击痕迹，从而完成本次攻击对抗样本测试，并在测试过程中，通过数据监测模块监测地面基站网络主机系统在进行安全性测试过程中产生的异常指令操作，获取实测数据，再通过测试结果回显模块将实测数据回显给与测试用例对应的测试工具和测试结果比对单元，使得测试用例集工具库将与测试工具对应的预期正确结果发送给测试结果比对单元，测试结果比对单元对实测数据和预期正确结果进行比对后，得到测试结果信息，然后通过分析本次测试结果信息，来确认地面基站网络主机系统在受到攻击后的安全防范等级，为后续增强无人机系统安全使用环境奠定了基础。
本实施例中，以攻击无人机Vxworks系统，获取控制权限为例。
具体的，首先将测试系统接入无人机Vxworks系统，再通过测试系统的数据监测模块做端口扫描，监测无人机Vxworks系统开放的可利用的攻击服务端口；当发现可利用的服务端口，如wdbrpc端口时，利用Tornado开发环境将测试系统接入wdbrpc端口，通过Tornado开发环境进行上传、远程调试和rom烧录等一系列功能，从而下发攻击对抗样本从wdbrpc端口获取系统版本号以及bootline启动配置信息，然后通过篡改bootline启动配置信息绕过无人机系统登录验证；再通过wdbrpc端口远程修改无人机Vxworks系统内存地址数据，令其以0x20方式启动，以绕过登录认证，然后通过ftp或telnet访问无人机Vxworks系统，爆破无人机Vxworks系统内存数据，从中抓取登录密码，找到内存中的所有ftp或telnet登录密码，从而获取无人机Vxworks系统控制权限，完成本次攻击对抗样本测试，再通过数据监测模块监测无人机Vxworks系统在进行安全性测试过程中产生的异常指令操作，获取实测数据，再通过测试结果回显模块将实测数据回显给与测试用例对应的测试工具和测试结果比对单元，使得测试用例集工具库将与测试工具对应的预期正确结果发送给测试结果比对单元，测试结果比对单元对实测数据和预期正确结果进行比对后，得到测试结果信息，然后通过分析本次测试结果信息，对无人机Vxworks系统的安全性进行完善。
需要说明的是：wdbrpc端口是无人机Vxworks系统的远程调试端口，以UDP方式进行通信，端口号为17185；通讯协议基于sun-rpc，主要用于支持系统远程通过集成开发环境Tornado交互，该通信端口权限十分大，可自行启动目标设备、初始化目标设备和下载系统内核等，其中，以0x20方式启动时，需要通过修改无人机Vxworks系统内存地址数据生成的_KLDR_DATA_TABLE_ENTRY结构体中的Flags标志，该结构体在内核中用于表示所加载的驱动程序，具体而言，可以将pLdrData->Flags的值与0x20进行按位或操作，将Flags的对应位置位，以绕过签名验证；这样驱动程序将不再进行签名验证，实现绕过登录认证的目的。
以上所述，仅是本发明的几个实施例，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。
Claims (6)
1.一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：
机上安全测试服务器，所述机上安全测试服务器设置有测试用例集工具库和测试结果数据库，所述测试用例集工具库内设置有若干测试用例和测试工具，以及与每一所述测试用例对应的预期正确结果；
测试用例注入单元，所述测试用例注入单元与所述机上安全测试服务器连接，所述机上安全测试服务器用于接收用户端发送的测试请求信息后，将所述测试用例和所述测试工具发送给所述测试用例注入单元；
测试响应采集单元，所述测试响应采集单元通过地面站系统物理接口与所述测试用例注入单元连接，所述测试用例注入单元保存所述测试工具，并通过所述地面站系统物理接口将所述测试用例转换为响应信号发送给所述测试响应采集单元，所述测试响应采集单元将所述响应信号传输给机上系统进行安全性测试，得到实测数据；
测试结果比对单元，所述测试结果比对单元分别与所述测试响应采集单元和所述机上安全测试服务器连接，所述测试响应采集单元将所述实测数据发送给所述测试结果比对单元，所述测试结果比对单元从所述测试用例集工具库中调取与所述测试用例对应的预期正确结果，并将所述预期正确结果与所述实测数据进行比对得到测试结果信息，再将所述测试结果信息储存到所述测试结果数据库中；
所述测试响应采集单元包括数据监测模块、测试用例注入接口模块和测试结果回显模块，所述数据监测模块分别与所述测试用例注入接口模块和所述测试结果回显模块连接，所述数据监测模块通过嵌入式硬件接入若干所述机上系统，所述测试用例注入接口模块与所述地面站系统物理接口连接；
所述测试用例注入接口模块用于接收所述响应信号，并将所述响应信号中携带的测试用例信息发送给对应的所述机上系统，进行安全性测试；
所述数据监测模块用于监测所述机上系统在进行安全性测试过程中产生的异常指令操作，获取所述实测数据；
所述测试结果回显模块用于将所述实测数据回显给与所述测试用例对应的所述测试工具和所述测试结果比对单元，使得所述测试用例集工具库将与所述测试工具对应的所述预期正确结果发送给所述测试结果比对单元，所述测试结果比对单元对所述实测数据和所述预期正确结果进行比对后，得到所述测试结果信息；
所述测试响应采集单元还包括安全故障定位模块，所述安全故障定位模块用于测试所述机上系统在受到信号欺骗或强干扰情况下是否正常工作，其中：
通过移动终端实时地调整所述安全故障定位模块要发送的任意位置信息，然后根据星历文件和要发送的所述位置信息，将相应的所述位置信息通过定位信息生成程序进行计算，生成二进制数据包，再通过GNU-Radio和USRP，并结合天线发送所述二进制数据包给所述机上系统，用于测试所述机上系统是否接收所述二进制数据包；
所述二进制数据包携带的数据信息为虚假GPS位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述机上安全测试服务器每次向所述测试用例注入单元至少发送一组所述测试用例和所述测试工具，且每组所述测试用例和所述测试工具一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述测试结果数据库每储存一次所述测试结果信息后，形成一个反馈指令，并将所述反馈指令发送给所述机上安全测试服务器，所述机上安全测试服务器接收到所述反馈指令后，终止相应所述机上系统的本次测试。
4.根据权利要求1所述的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述测试用例信息包括攻击对抗样本信息和数据监测信息；
所述数据监测模块将所述数据监测信息通过神经网络算法处理后发送给所述机上系统，用于监测所述机上系统在测试过程中是否存在系统漏洞；
当所述数据监测模块监测到所述机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，所述测试用例注入接口模块将所述攻击对抗样本信息通过神经网络算法处理后发送给所述机上系统，用于对所述机上系统进行权限获取，以及指令篡改；
当所述数据监测模块未监测到所述机上系统在测试过程中存在系统漏洞时，所述数据监测模块对所述机上系统继续监测，直至所述机上系统结束本次测试。
5.根据权利要求1所述的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述嵌入式硬件通过1394B通讯总线与所述机上系统连接。
6.根据权利要求1所述的一种面向多层面无人机系统组成的安全性测试系统，其特征在于，所述机上安全测试服务器利用对比学习模型生成与每一所述测试用例对应的预期正确结果。
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- 2023-11-21 CN CN202311556995.5A patent/CN117278992B/zh active Active
Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117278992A (zh) | 2023-12-22 |
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Legal Events
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