CN117792967A - 一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，该方法包括：从摄像头设备的通信协议规约文件和协议样本数据中提取关键信息，构建协议样本树结构并标记可变节点，进行可能的变异操作，生成初始测试用例，发送生成的测试用例并监测目标设备的状态，记录异常情况和相应的测试用例；验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈，更新测试用例；通过有效控制协议树中各节点属性值的变异程度，利用测试用例和协议样本树子树的输入报文的差异和输出报文的差异，提高了测试用例的质量，减少了无效测试用例的数量，提高了发现潜在漏洞的几率，解决了针对摄像头的模糊测试深度较浅等问题。

Description

一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法

技术领域

本申请属于摄像头设备模糊测试领域，特别是涉及一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法。

背景技术

网络协议在现代计算机网络通信中扮演着至关重要的角色，它们为数据传输提供了必要的规则和结构。然而，网络协议的广泛应用也伴随着安全漏洞的出现，这可能导致网络安全问题的严重后果。为了减少这些潜在的威胁，对网络协议和其具体实现程序进行深入分析和漏洞检测至关重要。

模糊测试作为一种重要的测试方法，旨在通过提供未预期的输入数据，监视目标系统的异常行为，从而揭示其中的安全漏洞。模糊测试根据测试用例生成方法可分为两大类：基于变异的方法和基于生成的方法。基于变异的方法会对正常数据进行规则变异，生成测试用例。而基于生成的方法则需要测试者具备对目标系统输入格式的了解，以构造合法的测试用例。虽然基于生成的方法相对高效且可通过程序合法性检查，但依赖于先验知识。

摄像头模糊测试是一项关键的安全措施，用于评估摄像头设备在不同情况下的稳定性和安全性。然而，尽管其重要性不言而喻，目前的摄像头模糊测试仍然存在一些挑战和缺点。

传统的测试方法通常生成大量相似的测试用例，这些用例之间的差异很小。这种冗余度不仅浪费了时间和资源，还降低了测试的效率，因为大部分测试用例都只是在轻微变化。这种情况增加了测试时间，同时也增大了维护测试套件的成本。现有的摄像头模糊测试通常存在测试效率低的问题。由于生成的测试用例过于冗余，测试时间较长，测试无法有效地覆盖各种潜在攻击场景，这意味着安全性风险可能会被忽视。现有的摄像头模糊测试往往测试深度较浅，即测试用例难以深入摄像头设备的内部逻辑和各种协议层。这可能导致一些潜在的漏洞没有被触发或发现，从而给攻击者留下漏洞可乘之机。

综上所述，现有的方法仍然存在测试用例冗余度高、测试效率低和测试深度不足等问题。因此，需要创新性的方法来改进和优化摄像头模糊测试，以更好地满足设备安全性的需求。

发明内容

发明目的，有必要针对上述技术问题，提供一种能够针对摄像头设备，提高模糊测试效率和深度的差异度反馈的摄像头模糊测试方法。

技术方案，为了实现上述发明目的，本发明提出一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，所述方法包括：

步骤1，采集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点；

步骤2，生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态；

步骤3，根据检测的设备状态信息，计算差异度参数，基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈；更新测试用例；

步骤4：重复步骤2和3直至所有测试用例测试结束。

进一步的，步骤1中，所述收集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点的方法如下：

1.1建立协议样本树结构

判断摄像头设备使用的是私有协议还是公用协议，如是私有协议，则对摄像头设备进行抓包，从摄像头设备正常通信流程中获取的协议样本数据中提取关键信息，如是公用协议，则通过摄像头的通信协议规约文件和抓包获取的协议样本数据提取关键信息；关键信息包括功能码、源地址、目的地址、userID、协议标志位、功能码、状态标志位、校验字段、请求字段和响应字段；基于上述关键信息和现有的协议树型结构，构建协议样本树结构，其中，每个节点代表一个协议字段，属性包括字段名称、数据类型、取值范围；

1.2标记可变节点

步骤1，确定不可变字段集合：根据摄像头设备通信协议规约和样本数据，确定协议中的不可变字段，不可变字段包括固定的功能码和协议标志位、不可变的端口号、IP地址、MAC地址、版本号，将这些字段组成不可变字段集合；

步骤2，设置状态位：为协议样本树结构的每个节点设置一个状态位，用于表示该节点是否可变；状态位为1表示可变，状态位为0表示不可变；

步骤3，标记协议样本树中的节点：先序遍历协议样本树的节点，对不可变字段集合中的字段在协议样本树中对应的节点进行标记，设置为不可变节点，即将节点状态位为0。

进一步的，步骤2中，所述生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态，包括：

步骤2.1，先序遍历协议样本树，对其中的可变节点进行变异操作生成变异字段，对其中的不可变节点不进行操作，生成固定字段，组合变异字段和固定字段生成完整的数据包，即测试用例；

步骤2.2，发送生成的测试用例，使用ICMP协议的ping命令监测目标设备的状态，检测目标设备是否发送应答数据包或正常工作；如果发生异常情况，将相应的测试用例、摄像头设备的响应时间和摄像头返回的数据包以日志形式记录，并重启设备，继续进行测试直至模糊测试完成。

进一步的，对于可变节点，所进行的变异操作包括更改数据类型、字段长度变异、调整取值范围、随机化数据、字节翻转；

更改数据类型：对可变节点中的协议数据进行数据类型变异，如将字符型数据改为整数型数据，将数字输入更改为整数、浮点数、负数、零等不同类型的数字，将布尔输入更改为真或假，如果摄像头程序接受复杂数据结构作为输入，可以更改数据结构的字段类型和值，以测试摄像头对数据类型的处理；

字段长度变异：对可变节点中的协议数据的字段长度从较小的长度开始并逐渐增加或减少，测试摄像头对异常数据的处理能力和在处理逐渐变化的输入数据时是否出现问题；可以生成非常长或非常短的输入数据，以测试摄像头在处理极端长度的情况下是否稳定；还可以生成不符合摄像头预期输入长度规范的输入数据，以测试摄像头对非法长度输入的处理方式，这可以帮助发现摄像头程序输入验证和处理错误；

调整取值范围：针对可变节点中的协议数据，扩展字段的取值范围，使其值超出预期范围，或将字段的取值范围缩小至小于摄像头协议规范的最小值，或交换字段取值范围的上下限，将其最大值设为最小值，最小值设为最大值，以测试摄像头对取值范围边界情况的处理能力；

随机化数据：针对可变节点中的协议数据，采用随机数生成器生成不同范围内的随机值，可以在输入数据中插入各种特殊字符，如符号、控制字符、非打印字符等，以测试摄像头程序对这些字符的处理方式；也可以随机化输入数据的顺序，以测试摄像头程序是否对输入的顺序敏感；还可以随机生成不同的时间戳和日期值，以测试摄像头程序在处理时间相关输入时是否正确；

字节翻转：针对可变节点中的协议数据，以字节为单位随机地进行翻转，改变数据块中的字节顺序，观察摄像头对于字节顺序变化的反应；可以选择特定的字节位置进行翻转，以测试摄像头程序对特定字节错误的处理方式；也可以颠倒整个输入数据的字节序，以测试摄像头程序是否能够正确地处理复杂的字节错误情况。

进一步的，异常情况包括设备崩溃、内存泄漏。

进一步的，步骤3中，所述基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈，更新测试用例，包括如下步骤：

（3.1）计算基于发送给摄像头的数据、摄像头输出的数据和摄像头处理数据所消耗的时间的差异的参数，即差异度；

（3.2）根据差异度确定测试用例是否探测一个新的程序区域或产生一个新的反馈；如果测试用例探测了一个新的区域或产生了一个新的反馈，它将作为一个新的树添加到协议样本树集合中；继续进行测试，直至所有测试用例测试完成。

进一步的，差异度计算公式如下；

记变异前的发送给摄像头的数据为，摄像头针对此输入输出的数据为/>，摄像头处理此数据所消耗的时间为/>；变异后发送给摄像头的测试用例为/>，摄像头针对此测试用例输出的数据为/>，摄像头处理测试用例数据所消耗的时间为/>；

所述差异度计算公式为：

其中，为摄像头针对变异前的数据的输出数据第i个字节，/>为摄像头针对测试用例的输出数据的第i个字节，/>为变异前的发送给摄像头的数据的第i个字节，/>为变异后发送给摄像头的测试用例的第i个字节；

当且仅当变异前后输入数据和输出数据相同时，差异度为0；

当差异度不小于1时，认为测试用例探测一个新的区域或产生一个新的反馈；将测试用例作为一个新的树添加到协议样本树集合中，更新集合。

有益效果，与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益技术效果：

通过有效控制协议树中各节点属性值的变异程度，利用测试用例和协议样本树子树的输入报文的差异和输出报文的差异度，提高了测试用例的质量，减少了无效测试用例的数量，提高了发现潜在漏洞的几率，解决了针对摄像头的模糊测试深度较浅等问题。

附图说明

图1为基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法的流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，本发明提出一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，所述方法包括：

步骤1，采集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点；

步骤2，生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态；

步骤3，根据检测的设备状态信息，计算差异度参数，基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈；更新测试用例；

步骤4：重复步骤2和3直至所有测试用例测试结束。

进一步的，步骤1中，所述收集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点的方法如下：

1.1建立协议样本树结构

判断摄像头设备使用的是私有协议还是公用协议，如是私有协议，则对摄像头设备进行抓包，从摄像头设备正常通信流程中获取的协议样本数据中提取关键信息，如是公用协议，则通过摄像头的通信协议规约文件和抓包获取的协议样本数据提取关键信息；关键信息包括功能码、源地址、目的地址、userID、协议标志位、功能码、状态标志位、校验字段、请求字段和响应字段；基于上述关键信息和现有的协议树型结构，构建协议样本树结构，其中，每个节点代表一个协议字段，属性包括字段名称、数据类型、取值范围；

1.2标记可变节点

步骤1，确定不可变字段集合：根据摄像头设备通信协议规约和样本数据，确定协议中的不可变字段，不可变字段包括固定的功能码和协议标志位、不可变的端口号、IP地址、MAC地址、版本号，将这些字段组成不可变字段集合；

步骤2，设置状态位：为协议样本树结构的每个节点设置一个状态位，用于表示该节点是否可变；状态位为1表示可变，状态位为0表示不可变；

步骤3，标记协议样本树中的节点：先序遍历协议样本树的节点，对不可变字段集合中的字段在协议样本树中对应的节点进行标记，设置为不可变节点，即将节点状态位为0。

进一步的，步骤2中，所述生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态，包括：

步骤2.1，先序遍历协议样本树，对其中的可变节点进行变异操作生成变异字段，对其中的不可变节点不进行操作，生成固定字段，组合变异字段和固定字段生成完整的数据包，即测试用例；

步骤2.2，发送生成的测试用例，使用ICMP协议的ping命令监测目标设备的状态，检测目标设备是否发送应答数据包或正常工作；如果发生异常情况，将相应的测试用例、摄像头设备的响应时间和摄像头返回的数据包以日志形式记录，并重启设备，继续进行测试直至模糊测试完成。

进一步的，对于可变节点，所进行的变异操作包括更改数据类型、字段长度变异、调整取值范围、随机化数据、字节翻转；

更改数据类型：对可变节点中的协议数据进行数据类型变异，如将字符型数据改为整数型数据，将数字输入更改为整数、浮点数、负数、零等不同类型的数字，将布尔输入更改为真或假，如果摄像头程序接受复杂数据结构作为输入，可以更改数据结构的字段类型和值，以测试摄像头对数据类型的处理；

字段长度变异：对可变节点中的协议数据的字段长度从较小的长度开始并逐渐增加或减少，测试摄像头对异常数据的处理能力和在处理逐渐变化的输入数据时是否出现问题；可以生成非常长或非常短的输入数据，以测试摄像头在处理极端长度的情况下是否稳定；还可以生成不符合摄像头预期输入长度规范的输入数据，以测试摄像头对非法长度输入的处理方式，这可以帮助发现摄像头程序输入验证和处理错误；

调整取值范围：针对可变节点中的协议数据，扩展字段的取值范围，使其值超出预期范围，或将字段的取值范围缩小至小于摄像头协议规范的最小值，或交换字段取值范围的上下限，将其最大值设为最小值，最小值设为最大值，以测试摄像头对取值范围边界情况的处理能力；

随机化数据：针对可变节点中的协议数据，采用随机数生成器生成不同范围内的随机值，可以在输入数据中插入各种特殊字符，如符号、控制字符、非打印字符等，以测试摄像头程序对这些字符的处理方式；也可以随机化输入数据的顺序，以测试摄像头程序是否对输入的顺序敏感；还可以随机生成不同的时间戳和日期值，以测试摄像头程序在处理时间相关输入时是否正确；

字节翻转：针对可变节点中的协议数据，以字节为单位随机地进行翻转，改变数据块中的字节顺序，观察摄像头对于字节顺序变化的反应；可以选择特定的字节位置进行翻转，以测试摄像头程序对特定字节错误的处理方式；也可以颠倒整个输入数据的字节序，以测试摄像头程序是否能够正确地处理复杂的字节错误情况。

进一步的，异常情况包括设备崩溃、内存泄漏。

进一步的，步骤3中，所述基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈，更新测试用例，包括如下步骤：

（3.1）计算基于发送给摄像头的数据、摄像头输出的数据和摄像头处理数据所消耗的时间的差异的参数，即差异度；

（3.2）根据差异度确定测试用例是否探测一个新的程序区域或产生一个新的反馈；如果测试用例探测了一个新的区域或产生了一个新的反馈，它将作为一个新的树添加到协议样本树集合中；继续进行测试，直至所有测试用例测试完成。

进一步的，差异度计算公式如下；

记变异前的发送给摄像头的数据为，摄像头针对此输入输出的数据为/>，摄像头处理此数据所消耗的时间为/>；变异后发送给摄像头的测试用例为/>，摄像头针对此测试用例输出的数据为/>，摄像头处理测试用例数据所消耗的时间为/>；

所述差异度计算公式为：

其中，为摄像头针对变异前的数据的输出数据第i个字节，/>为摄像头针对测试用例的输出数据的第i个字节，/>为变异前的发送给摄像头的数据的第i个字节，/>为变异后发送给摄像头的测试用例的第i个字节；

当且仅当变异前后输入数据和输出数据相同时，差异度为0；

当差异度不小于1时，认为测试用例探测一个新的区域或产生一个新的反馈；将测试用例作为一个新的树添加到协议样本树集合中，更新集合。

以上所述仅为本发明的较佳测试度量标准和实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，采集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点；

步骤2，生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态；

步骤3，根据检测的设备状态信息，计算差异度参数，基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈；更新测试用例；

步骤4：重复步骤2和3直至所有测试用例测试结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，步骤1中，采集摄像头协议数据信息，建立协议样本树结构并标记可变节点的方法如下：

1.1建立协议样本树结构

判断摄像头设备使用的是私有协议还是公用协议，如是私有协议，则对摄像头设备进行抓包，从摄像头设备正常通信流程中获取的协议样本数据中提取关键信息，如是公用协议，则通过摄像头的通信协议规约文件和抓包获取的协议样本数据提取关键信息；关键信息包括功能码、源地址、目的地址、userID、协议标志位、功能码、状态标志位、校验字段、请求字段和响应字段；基于上述关键信息和现有的协议树型结构，构建协议样本树结构，其中，每个节点代表一个协议字段，属性包括字段名称、数据类型、取值范围；

1.2标记可变节点

步骤1，确定不可变字段集合，根据摄像头设备通信协议规约和样本数据，确定协议中的不可变字段，不可变字段包括固定的功能码和协议标志位、不可变的端口号、IP地址、MAC地址、版本号，将这些字段组成不可变字段集合；

步骤2，设置状态位，为协议样本树结构的每个节点设置一个状态位，用于表示该节点是否可变；状态位为1表示可变，状态位为0表示不可变；

步骤3，标记协议样本树中的节点，先序遍历协议样本树的节点，对不可变字段集合中的字段在协议样本树中对应的节点进行标记，设置为不可变节点，即将节点状态位为0。

3.根据权利要求2所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，步骤2中，所述生成测试用例，发送测试报文并检测设备状态，包括：

步骤2.1，先序遍历协议样本树，对其中的可变节点进行变异操作生成变异字段，对其中的不可变节点不进行操作，生成固定字段，组合变异字段和固定字段生成完整的数据包，即测试用例；

步骤2.2，发送生成的测试用例，使用ICMP协议的ping命令监测目标设备的状态，检测目标设备是否发送应答数据包或正常工作；如果发生异常情况，将相应的测试用例、摄像头设备的响应时间和摄像头返回的数据包以日志形式记录，并重启设备，继续进行测试直至模糊测试完成。

4.根据权利要求3所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，对于可变节点，变异操作为更改数据类型、字段长度变异、调整取值范围、随机化数据、字节翻转中的一种或多种。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，异常情况包括设备崩溃、内存泄漏。

6.根据权利要求1所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，步骤3中，所述基于差异度参数，验证测试用例是否探测一个新的区域或产生一个新的反馈，更新测试用例，包括如下步骤：

（3.1）计算基于发送给摄像头的数据、摄像头输出的数据和摄像头处理数据所消耗的时间的差异的参数，即差异度；

（3.2）根据差异度确定测试用例是否探测一个新的程序区域或产生一个新的反馈；如果测试用例探测了一个新的区域或产生了一个新的反馈，它将作为一个新的树添加到协议样本树集合中；继续进行测试，直至所有测试用例测试完成。

7.根据权利要求6所述的一种基于差异度反馈的摄像头模糊测试方法，其特征在于，步骤（3.2）的具体方法如下：

记变异前的发送给摄像头的数据为，摄像头针对此输入输出的数据为/>，摄像头处理此数据所消耗的时间为/>；变异后发送给摄像头的测试用例为/>，摄像头针对此测试用例输出的数据为/>，摄像头处理测试用例数据所消耗的时间为/>；

所述差异度计算公式为：

其中，为摄像头针对变异前的数据的输出数据第i个字节，/>为摄像头针对测试用例的输出数据的第i个字节，/>为变异前的发送给摄像头的数据的第i个字节，/>为变异后发送给摄像头的测试用例的第i个字节；

当且仅当变异前后输入数据和输出数据相同时，差异度为0；

当差异度不小于1时，认为测试用例探测一个新的区域或产生一个新的反馈；将测试用例作为一个新的树添加到协议样本树集合中，更新集合。