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Web安全性測試技術綜述

文檔作者：于莉莉杜蒙杉張平紀玲利文檔來源： 1.北京航空航天大學計算機科學與技術系2.二炮軟件測評中心3.空軍裝備研究院通信導航與指揮自動化研究所4二炮裝備研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月13日
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第29卷第11期
計算機應用研究
 Vol. 29 No. 11
2012年11月
 Application Research of Computers
Nov.2012
e安全性測試技術綜述
于莉莉,杜蒙杉,張平,紀玲利
(1.北京航空航天大學計算機科學與技術系,北京100191;2.二炮軟件測評中心,北京1000853.空軍裝備研
究院通信導航與指揮自動化研究所,北京1000854二炮裝備研究院,北京100085)
摘要:對Web應用程序進行有效徹底的測試是及早發(fā)現(xiàn)安全漏洞、提高Web應用安全質(zhì)量的一種重要手段。
首先介紹了Web應用安全威脅分類,總結(jié)了常見的Web應用安全漏;然后對當前Web安全性測試技術的研
究進行了全面概述,比較了靜態(tài)技術和動態(tài)技術各自的優(yōu)缺點,同時對在Web安全性測試中新興涌現(xiàn)的模糊測
試技術進行了詳細的介紹和總結(jié);最后指出了We安全測試中有待解決的問題以及未來的研究方向。
關鍵詞:Web應用安全漏洞;靜態(tài)分析;動態(tài)分析;模糊測試
中圖分類號:TP391·文獻標志碼:A文章編號:1001-695(2012)-401-0
001
doi:10.3969/jiss.1001-3695.2012.11.00
 Survey on Web security testing technologies
 YU Li-li 2, DU Meng-shan', ZHANG Ping', JI Ling-li
 (1. Dept. of Computer Science Technology, Beihang Unirersity, Beyjing 100191, China 2. Sofiware Testing E
 ion Center of the Sec-
 ond Artillery Force, Beijing 100085, China; 3. Com
 n Narigation Auto
 100085, China; 4. The Second Arilley Force Equipment Academy, Beijing 10085, China)
 Abstract: A thorough test for Web applicati
 proving the security quality of Web application. This paper firstly
 Web application security
 threat and summarized common Web application security vulr
 state of Web
 d the dynamic
 technologies. At the same time, it introduced and concluded the detail of
 technology in
 eb security testing. At last, this paper presented the problem to be
已經(jīng)通過認證的用戶3。開放式Web應用程序安全項目
0引言
(open Web application security project, OWASP)在2010年公布
近20年來,互聯(lián)網(wǎng)技術在全球范圍內(nèi)得到了持續(xù)快速的的Web應用十大安全漏洞(圖1)中,排名靠前的注(in
發(fā)展。在我國的中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心(CNNIC)2012年1 jection本cross site scriptingxs限制ur
發(fā)布的《中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》中指出:截止211訪( failure to restrict URL access種漏洞都是由于未能
年12月,網(wǎng)民規(guī)模達到5億,互聯(lián)網(wǎng)普及率攀至38.3正確處理用戶請求而引起的。
30%
互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一項重要的社會基礎設施,Web應用也逐漸
25%
成為軟件開發(fā)的主流之一。以電子商務、社交網(wǎng)絡、博客、論壇
20%
15%
社區(qū)為代表的Web應用已經(jīng)在人們的生活中扮演了越來越重
要的角色,并逐漸改變了人們的生活方式。
但在Web應用中存在的各種安全漏洞也逐漸暴露出來,
這些漏洞可能導致Web應用遭受各種攻擊,嚴重影響了社會
穩(wěn)定、經(jīng)濟發(fā)展和人們的正常生活。根據(jù) Symantec發(fā)布的《sy
圖1 OWASP十大安全漏(2010年)
 mantec Internet security threat report,0%以上的軟件安全
造成Web應用安全漏洞的原因一方面是Web應用開發(fā)人
漏洞是關于Web應用的。這些安全漏洞可能信員經(jīng)驗不足、對安全問題不夠重視,更重要的則是缺乏全面徹
遭受各種攻擊,如拒絕服務攻擊、SQL注入、竊取用戶信息等底的安全性測試。根據(jù)IEEE的軟件工程標準術語,軟件測試
盡管防火墻、入侵檢測等技術已經(jīng)比較成熟,Web應用的特殊
性往往導致防范各類安全性問題的難度很大,因為Wcb應用
被定義為:使用人工和自動手段來運行或測試某個系統(tǒng)的過
程,其目的在于檢驗它是否滿足規(guī)定的需求或是弄清預期結(jié)果
攻擊通常來自應用層,并且可能來自任何在線用戶,甚至包括
與實際結(jié)果之間的差別。該定義中提到的需求通常包括了
稿日期:012-03-25修日期:2012051基金項目:二研究院青年創(chuàng)新基全資助項目201619)國家自然科學基全資助項目
18018)
作者簡介:于莉(1978-),女,河南開封人,博士研究生,要研究方向為回歸測試、質(zhì)性研究方法、軟件維(er-2326e)杜蒙杉(1978-)
遼寧沈陽人工程師,主要研究方向為軟件工程;張平工程師,主要研究方向為軟件測試;紀琳俐,高級工程師,主要研究方向為軟件安全
4002
計算機應用研究
第29卷
軟件功能性能可用性、安全性等諸多方面,而在傳統(tǒng)Web應到攻擊者的惡意目的。
用測試過程中,測試人員更注重對正常功能的驗證,往往忽視4)緩沖區(qū)溢出
安全性方面的需求。Wcb應用作為
種特殊的軟件,面臨著
攻擊者可以利用這個漏洞發(fā)送特定請求給Web應用,使
比傳統(tǒng)單機軟件更為嚴峻的安全威脅和更為復雜的用戶環(huán)境。其執(zhí)行任意代碼。
因此在Wcb應用發(fā)布前對其進行全面徹底的安全性測試,發(fā)5)隱藏的字段
據(jù)Web應用中的安全漏洞和潛在的安全隱患是非常有必
用戶可以通過在Web瀏覽器中執(zhí)行“查看源文件”等操作
要的。
在Web應用領域中,發(fā)現(xiàn)安全漏洞的常用技術方法有靜過URL參數(shù)傳回給服務器端攻擊者可以通過修改HTML
態(tài)分析技術和動態(tài)分析技術。模糊測試( fuzzing技術作為軟文件中的這些隱藏字段達到惡意攻擊的目的。
件測試研究中一種新的思路和方法,近年來開始被應用到Web6)不恰當?shù)漠惓Ｌ幚?
應用測試領域cb應用存在的漏洞和安全隱患很大程度上用戶提交給Wcb應用的正常請求有可能頻繁地產(chǎn)生錯誤
是由于對用戶的某些輸入數(shù)據(jù)缺乏相應的校驗或異常處理機和異常情況,如內(nèi)存不足、系統(tǒng)調(diào)用失敗、數(shù)據(jù)庫鏈接錯誤等。
制造成的在Web應用測試中,利用模糊測試技術有目的不恰當?shù)漠惓Ｌ幚頃⒃敿毜膬?nèi)部錯誤信息如堆棧追蹤
地構(gòu)造大量的有效或者無效的用戶輸入數(shù)據(jù)提交給eb應(stack trace)、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以及錯誤代碼等提供給攻擊者,給
用,同時能夠通過多種方式監(jiān)測Web應用的行為進而分析任Web應用帶來安全隱患。
何引起Web應用出現(xiàn)異常甚至崩潰的原因,將有助于發(fā)掘
7)遠程命令執(zhí)行
web應用中存在的安全漏洞和隱患,最終達到提高eb應用eb服務器可能簡單地將用戶提供的輸入數(shù)據(jù)傳遞給其
安全性的目的。
他應用或操作系統(tǒng)本身。如果這些輸入數(shù)據(jù)沒有經(jīng)過適當?shù)?
1web應用安全漏洞
驗證,那么攻擊者就可以直接執(zhí)行目標系統(tǒng)上的命令。
8)遠程代碼注人
RFC2828將漏洞定義為系統(tǒng)設計、實現(xiàn)或者操作和管理
引起這個漏洞的主要原因是Web應用開發(fā)者不良的編碼
中存在的缺陷和弱點,可能被攻擊者所利用,從而突破系的習慣,如允許將未經(jīng)驗證的用戶輸入傳遞給如 include()或
安全策略,訪問未授權(quán)的資源和數(shù)據(jù)eb應用安全漏 require()這樣的方法,這將允許本地應用或遠程的PHP代碼
則可以定義為一個Web系統(tǒng)的各個組件(包括Web用、Web被包含進來,攻擊者可將他們自己的PHP代碼注入到目標
服務器、數(shù)據(jù)庫等)在設計與實現(xiàn)以及安全策略上的漏洞
web應用中
Web應用安 Web全協(xié)會( Application Security Consortium2靜態(tài)分析技術
wasc)的Web安全威 threat classification TTC)項目
將Web應用安全威脅分為如表1所示的六類。
靜態(tài)分析( static analysis)技術是指在不執(zhí)行的情況下對
表eb應用安全威脅分類
程序代碼進行評估,是一種典型的白盒測試方法。其基本
Web安全威脅類別
概念
思想是通過分析程序的運行流程來構(gòu)建程序工作的數(shù)學模型,
驗證用來確認某用戶服務或應用身份的攻擊手段
然后對該數(shù)學模型進行審查以發(fā)掘程序的安全缺陷。常見的
授權(quán)
用來確認某用戶、服務或應用身份的攻擊手段
靜態(tài)分析方法主要包括詞法語法分析、模式匹配分析數(shù)據(jù)流
客戶端攻擊用來擾亂或探測Wcb應用用戶的攻擊手段
分析、補丁比較分析和模型化分析等。近年來,靜態(tài)分析技術
命令執(zhí)行在Wb服務器上執(zhí)行遠程命令的攻擊手段
信息暴露
用
在Web應用安全性測試領域的研究成果主要包括以下內(nèi)容。
用來獲取Wb應用具體系統(tǒng)信息的攻擊手段
 Jovanovic等人實現(xiàn)了針對PHP語言的源代碼靜態(tài)分
邏輯性攻擊用來擾亂或探測Wcb應用邏輯流程的攻擊手段
析工具Pixy,該工具通過對PHP源代碼執(zhí)行靜態(tài)數(shù)據(jù)流分析
當前Web應用中常見的安全漏洞主要為八類。
來發(fā)掘PHP應用中SQL注入、跨站點腳本等類型的漏洞,具有
1)未被驗證的輸入
效率高、誤報率低等優(yōu)點,但是存在不能支持PHP的面向?qū)ο?
攻擊者可以改P請求的任何部分,包括URL、詢特性以及無法解決源代碼中文件包含等問題。類似的工具還
字符串、HTTP頭部 http cookie,  PHP String Analyzer PHP-Sat表單等試圖越過站點的安全機包括PPStringnalyzerphp-sat等
制。常見的輸入竄改攻擊方式有跨站點腳本、緩沖區(qū)溢出、格
 Huang等人將Web應用程序漏洞看做是一個安全信息
式化字符串攻擊、SQL注入等。
流問題( secure information flow problem),提出了源自類型系統(tǒng)
2)SQL注入
和類型狀態(tài)的基于格的靜態(tài)分析算法,并闡述了它的可靠性。
SQL注入是指攻擊者在輸入域中插特殊字符,改變SQL同時,他們根據(jù)該算法實現(xiàn)了 WebSSARI工具,并對 Source
查詢的本意,欺騙數(shù)據(jù)庫服務器執(zhí)行非法操作,而破壞數(shù)據(jù) Forge.net上230個開源Web應用進行了測試,發(fā)現(xiàn)其中69個
庫或非法獲取存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)清單的行為。SQL注入有安全隱患。
是Web應用漏洞中最普遍也是最嚴重的漏洞之一。
 Martin等人提出了一種目標導向的模型檢驗(goal
3)跨站點腳本
 directed model-checking-)方法來自動生成測試用例,發(fā)掘由Ja
跨站點腳本是指攻擊者在客戶端(通常是Web瀏覽器)va開發(fā)的大型Web應用中基于污點數(shù)據(jù)(ant- based)的漏洞
古
過Web頁面提交的輸入數(shù)據(jù)中嵌入惡意代碼,若服務器將這他們選取了源代碼總行數(shù)達到13000行的3個大型Web應
些數(shù)據(jù)不經(jīng)過濾或轉(zhuǎn)義而直接返回,那么其他用戶在訪問該用進行實驗,發(fā)現(xiàn)其中存在的0個SQL注入漏洞和13個跨站
Web頁面時這些惡意代碼將在后者的客戶端被執(zhí)行,從而達點腳本漏洞。
第11期
于莉莉,等:Web安全性測試技術綜述
4003
 Chess等人安全編程的角度詳細介紹了如何利用靜 Dafydd Stuttard開發(fā)的 Burp Suite是一款功能全面的
態(tài)分析技術改善軟件的安全性,其中包括如何在Web應用安Wcb應用滲透測試工具 Burp Suite收費版本中提供了攔截代
全性測試中應用靜態(tài)分析技術去發(fā)掘Web應用在輸入驗證、理服務器( burp proxy)、web爬蟲( burp spider)、掃描器(burp
會話管理方面的安全漏洞。
 intruder器 burp sequencer( burp repeater)
 Stuttard等人將基于源代碼審查的靜態(tài)分析技術總結(jié)等部件。其中攔截代理服務器部件提供了詳細的攔截規(guī)則
為以下三個步驟:a)從進入點開始追蹤用戶向Web應用提交能夠準確地分析HTP消息的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容;Web爬蟲部件能夠
的數(shù)據(jù),審查負責處理這些數(shù)據(jù)的代碼;b)在代碼中搜索表示遍歷被測Web應用,記錄所訪問的每個頁面;掃描器部件可以
存在常見漏洞的簽名,并審查這些簽名,確定某個漏洞是否確自動實施各種定制攻擊;序列生成器部件能夠?qū)捔钆?、?
實存在c)對內(nèi)在危險的代碼進行逐行審查理解應用程序的話標志或其他出于安全原因需要隨機產(chǎn)生的鍵值的可預測性
邏輯,并確定其中存在的所有問題,需要進行仔細審查的功能進行分析;重放器部件允許用戶調(diào)整并重新提交之前被記錄的
組件包括Web應用中的關鍵安全機制(身份驗證會話管理、請求。
訪問控制與任何應用程序范圍內(nèi)的輸入確認)、外部組件接口
 Paros是一款使用Java語言開發(fā)的Web安全漏洞掃描工
以及任何使用本地代碼的情況。
具,同樣支持對客戶端和服務器之間的HTTP/ HTTP/HTTPS數(shù)據(jù)信
靜態(tài)分析技術具有以下幾點優(yōu)勢:
息進行攔截和竄改,能夠支持對SQL注入、跨站點腳本等多種
a)具有程序內(nèi)部代碼的高度可視性,可以對程序進行全類型漏洞的發(fā)掘。 Paros的優(yōu)點在于它使用通過代理服務器的
面分析,能夠保證程序的所有執(zhí)行路徑得到檢測,而不局限于請求作為攻擊的基礎,能夠有效地覆蓋被測Web應用的所有
特定的執(zhí)行路
功能。 Nikto是 Chris Sullo使用Perl語言開發(fā)的開源Web安全
b)可以在執(zhí)行前驗證程序的安全性,進而在運行程序前黑盒測試工具,主要針對Web服務器的錯誤配置和不安全的
檢驗程序安全性、修補安全漏洞。
文件和腳本進行測試,其底層功能基于 LibWhisker實現(xiàn),能夠
c)無須實際執(zhí)行被測程序,不會產(chǎn)生程序運行開銷,快速在 Windows、 Linux Mac OS等多個平臺上運行 Stuttard等人
高效,自動化程度高。
在文獻[13]中通過大量實例詳細介紹了Web應用防御機制和
同時,靜態(tài)分析技術也存在以下幾點不足:
常見的安全性問題,以及測試人員在滲透測試中使用的方法和
a)通用性較差,一般需要針對某種程序語言及其應用平技巧,包括對驗證機制、會話管理、訪問控制的攻擊等。Hope
臺來設計特定的靜態(tài)分析工具,具有一定的局限性。
等人在文獻[15]中從工程實踐的角度較為系統(tǒng)地介紹了Web
b)誤報( false positive)、漏報( false negative)率高靜態(tài)分應用安全測試中常用的動態(tài)分析技術,包括以多種方式竄改輸
析工具通常需要在兩者之間尋求平衡。
入、自動化批量掃描、操縱會話等。
c)靜態(tài)分析技術依賴于被測程序的源代碼。
與靜態(tài)分析技術相比,動態(tài)分析技術通常是在真實的運行
環(huán)境中對被測目標進行測試,直接模擬攻擊者的行為,因此其
3動態(tài)分析技術
測試結(jié)果往往具有更高的準確性,漏報、誤報率也相對較低;此
動態(tài)分析( dynamic analysis)技術是從外圍或者客戶端測外動態(tài)分析技術不需要應用程序的源代碼,只需提供與被測
試執(zhí)行程序的技術,是一種典型的黑盒測試技術。面向Web
Web應用的網(wǎng)絡連接即可,具有較高的靈活性。
應用的動態(tài)分析技術,比較具有代表性的是滲透測試( penetra-4模糊測試技術
 tion testing)技術。滲透測試是指測試人員模擬惡意用戶的行
為對Web應用進行安全評估,針對Web應用中可能存在的代
 Fuzzing技術源于軟件測試中的黑盒測試技術,其基本思
碼缺陷邏輯設計錯誤等問題進行測試,最終發(fā)掘其中的安全想是自動產(chǎn)生和發(fā)送大量隨機或經(jīng)過變異的輸入值給軟件,
漏洞。開放式Web應用程序安全項目將Wcb應用滲透測試分旦發(fā)生失效或異常便可挖掘出軟件系統(tǒng)存在的薄弱環(huán)節(jié)和安
為被動階段( passive mode)和主動階段( negative mode來進全漏潤2相比傳統(tǒng)的黑盒測試方法,模糊測試關注任何
行前者內(nèi)測試人員需要盡可能地去搜集被測eb應用可能引發(fā)未定義或者不安全行為的輸入,其優(yōu)點包括簡單、有
的信息,如通過使用Web代理觀察HTTP請求和響應等,了效、自動化程度高以及可復用性強等;其缺點也十分明顯,如不
該應用的邏輯結(jié)構(gòu)和所的點(access point)后者內(nèi)測試可避免地生成大量冗余的測試數(shù)據(jù)代碼覆蓋率不足以及黑盒
人員需要從各個角度、使用各種方法對被測Web應用進行滲測試共有的低智能性。低智能性即黑盒測試通常只對程序的
透測試,主要包括配置管理測試、業(yè)務邏輯測試、認證測試授初始狀態(tài)進行測試,而很多程序的缺陷都是隱藏在程序的后續(xù)
權(quán)測試、會話管理測試、數(shù)據(jù)驗證測試、拒絕服務測試、Web服狀態(tài)中的。
務測試和AJAX測試等。近年來,動態(tài)分析技術在Web應用4.1模糊測試技術在Web應用測試中的發(fā)展
安全性測試領域的研究成果主要有以下內(nèi)容。
面向Web應用的模糊測試技術的基本思想是模擬惡意用
 Ratproxy Google信息安全技術團隊開發(fā)的被動式(pas戶行為,有目的地構(gòu)造大量異常非法包含攻擊載荷的模糊測
sive)網(wǎng)絡應用程序安全評估工具運行Ratproxy后可以在本試數(shù)據(jù)并提交給Web應用,同時監(jiān)測Wcb應用的行為,判斷
地啟動一個代理服務器,測試人員需要將服務器地址設置為Wcb應用中是否存在安全漏洞。近年來,面向Web應用的模
web瀏覽器的代理在后續(xù)測試中只需要使用瀏覽器正常地糊測試技術研究中涌現(xiàn)出了許多研究成果,其中一部分已經(jīng)在
訪問被測Wcb應用,如登錄操作、填寫表單等 Raproxy會截獲eb應用的測試實踐中得到了廣泛的應用和認可。 Hammers
這些請求并對其進行竄改后發(fā)送給Web應用,并在后臺記錄and認為用戶輸入可能會使Wcb應用處于一種不確定狀
相關日志,支持將測試報告導出為HTML格式。
態(tài),從而導致Web應用出現(xiàn)異常行為。他在研究中提出用一
第11期
于莉莉,等:Web安全性測試技術綜述
4005
資源和時間的限制迅速發(fā)展的形勢帶來的威脅等。對于持續(xù)華大學出版社2010.
快速發(fā)展的Web應用而言,存在的安全漏洞在很大程度上都[6 OEHLERT Violating assumptions with fuzzing IEEE Security
是由于Web應用自身對用戶的輸入數(shù)據(jù)缺乏有效的校驗和過 and Privacy,200,3(2):58-62
濾所造成的。因此,針對不同的應用情況,采取合適的處理方7 MILLER FREDRIKSENso. An empirical study of the re
式執(zhí)行有效的安全測試是十分必要的。
Mm
 liability of UNIX utilities[]. Communications of the ACM, 1990.
鑒于上述目的,本文依據(jù)對Web應用程序代碼處理的不
33(12):32-4
同方式,分別介紹了三種發(fā)現(xiàn)Web應用安全漏洞的技術,靜8 LANZI MARTIGNONI MONGA et al smart fuzzer fo
態(tài)分析、動態(tài)分析和模糊測試,并依次分析了三種技術的優(yōu)缺
 X86 executables[ C]//Proc of the 3rd International Workshop on Soft
點。針對傳統(tǒng)的靜態(tài)分析和動態(tài)分析兩種方法的優(yōu)缺點,建議
 ware Engineering for Secure Systems. Washington DC: IEEE Computer
采取相互結(jié)合的方式以達到取長補短提高查找安全漏洞能力
 Society,2007.
的目的。而針對目前模糊測試技術在Wcb應用中存在的自動
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化程度不高、漏報/誤報率高、可擴展性差等不足,結(jié)合目前開
 Swiss Federal Institute of Technology, Cryptograhy and Security Laho
2006
展的研究工作,筆者認為應該從自動分析Web應用改進漏洞2om GREENE AMINI.模測試:強制性安全滿潤發(fā)
發(fā)掘方法提高可擴展性等方面入手。
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