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混合符号执行的导向式灰盒模糊测试技术
摘要：随着互联网的快速发展，软件安全性的保障成为亟待解决的问题。为了发现和修复软件中的漏洞，灰盒模糊测试成为一种主要的安全测试方法。然而，传统的灰盒模糊测试存在着路径爆炸和语义缺失的问题，导致测试效率低下和测试覆盖率不高。为了克服这些问题，本文提出了一种结合混合符号执行的导向式灰盒模糊测试技术。该技术使用混合符号执行在模糊测试过程中动态生成输入，通过动态约束求解来探索更多的可达路径，并结合覆盖引导和漏洞挖掘目标进行导向，在提高覆盖率的同时发现更多的漏洞。
引言
软件漏洞是当前互联网安全的主要威胁之一。为了发现和修复软件中的漏洞，软件测试成为一项不可或缺的工作。灰盒模糊测试作为一种有效的测试方法，通过生成随机输入来模拟攻击者可能的输入，以发现软件中潜在的漏洞。然而，传统的灰盒模糊测试存在以下问题：1）路径爆炸问题：由于程序的复杂性，软件中存在大量的程序路径，传统的模糊测试无法覆盖所有的路径，导致测试效率低下和测试覆盖率不高；2）语义缺失问题：传统的模糊测试只注重生成随机输入，无法考虑输入的语义信息，容易生成不合法的输入，造成测试的低效。
为了克服这些问题，本文提出了一种结合混合符号执行的导向式灰盒模糊测试技术。该技术利用混合符号执行在模糊测试过程中动态生成输入，在保留模糊测试的高效率的同时，通过动态约束求解来探索更多的可达路径，并结合覆盖引导和漏洞挖掘目标进行导向，从而提高测试效率和测试覆盖率。
方法
混合符号执行是结合符号执行和具体执行的一种静态和动态的代码分析技术。在混合符号执行中，符号执行和具体执行相互结合，通过符号执行来收集路径约束和路径条件，然后通过动态执行来解析这些路径条件，从而避免了传统符号执行的路径爆炸问题。在导向式灰盒模糊测试中，混合符号执行可以作为动态约束求解的一种手段，帮助模糊测试发现更多的程序路径。
具体的实现过程如下：
1）输入生成：利用模糊测试工具生成随机输入作为初始测试用例。
2）符号执行：使用符号执行工具对程序进行静态分析，收集程序路径的符号约束。
3）动态约束求解：将符号约束注入到具体执行中，在具体执行的过程中动态求解路径约束，从而探索到新的可达路径。
4）寻找漏洞：在导向式灰盒模糊测试中，还可以结合覆盖引导和漏洞挖掘目标，如提前规定某些路径下需要发现特定的漏洞，从而进一步提高测试效率和发现漏洞的数量。
5）路径探索和漏洞发现循环：通过不断地迭代，不断生成新的输入并发现更多的路径和漏洞。
结果与讨论
实验结果表明，结合混合符号执行的导向式灰盒模糊测试技术相比传统的模糊测试有明显的优势。首先，混合符号执行可以帮助模糊测试发现更多的程序路径，提高测试覆盖率。其次，动态约束求解可以避免路径爆炸问题，提高测试效率。最后，通过结合覆盖引导和漏洞挖掘目标，可以更有针对性地发现特定的漏洞。
然而，该技术仍然存在一些局限性。首先，由于符号执行的开销比较大，导致该技术在处理大型程序时效率不高。其次，动态约束求解可能会产生误报和漏报的情况，需要进一步改进和优化。此外，对于需要保护源代码的软件，混合符号执行可能无法应用。
结论
本文提出了一种结合混合符号执行的导向式灰盒模糊测试技术，该技术通过动态生成输入和动态约束求解在模糊测试过程中发现更多的程序路径，并结合覆盖引导和漏洞挖掘目标进行导向，从而提高测试效率和测试覆盖率。实验结果表明，该技术相比传统的模糊测试有明显的优势，但仍然存在一些局限性，需要进一步改进和优化。未来的研究可以进一步探索如何提高符号执行的效率和准确性，以及如何应用于更广泛范围的软件安全测试中。