[发明专利]基于序列生成对抗网络的DNP3协议模糊测试方法

说明书

本发明公开了一种基于序列生成对抗网络的DNP3协议模糊测试方法，包括步骤：一、构建DNP3协议样本数据库；二、DNP3协议样本数据预处理；三、预处理后的DNP3协议样本数据变异；四、生成初级测试用例；五、测试用例相似度对比去冗余；六、种子测试用例变异；七、DNP3协议模糊测试；八、漏洞验证；九、异常测试用例调试及监控。本发明利用序列生成对抗网络生成高通过率的测试用例；通过以用例相似度为指标的筛选算法，减少测试用例冗余；引入随机变异策略进行测试用例变异，提高测试用例多样性和漏洞发现概率；通过分析漏洞出现时程序的栈帧信息，找到并记录造成漏洞的原因，从而降低工控系统被攻击的概率、提高工控系统安全性。

技术领域

本发明属于DNP3协议测试及漏洞挖掘技术领域，具体涉及一种基于序列生成对抗网络的DNP3协议模糊测试方法。

背景技术

工控系统是由计算机设备与工业过程控制部件组成的自动控制系统，广泛应用于电力、水处理、石油与天然气、化工、交通运输、制造业等安全关键领域。通信协议作为工控系统中重要的组成部分，极易受到攻击。因此，如何高效挖掘协议潜在的漏洞，对于提升工控系统安全性至关重要。

工控系统的协议种类很多，其中DNP3协议主要用于电力、水利等国家基础设施的工控系统中，它包含了应用层、传输层和数据链路层。尽管DNP3协议中加入了错误检测、远程密钥更新、安全统计等功能，可以解决因输入非预期数据、授权失败、响应超时等引发的漏洞，但仍然会存在部分潜在的漏洞，而且随着协议功能的扩展更新会带来更多的漏洞。为了降低工控系统被攻击的概率、确保系统安全稳定的运行，可以利用模糊测试等漏洞挖掘方法挖掘出DNP3协议中潜在的漏洞。现有的通用漏洞挖掘方法普遍存在用例通过率及覆盖率不高，测试用例冗余等问题。因此，需要根据DNP3通信协议的特点发明出对应的漏洞挖掘方法，从而高效挖掘出DNP3协议中潜在的漏洞，这对保障工控系统安全具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于序列生成对抗网络的DNP3协议模糊测试方法，用于DNP3协议漏洞挖掘。利用序列生成对抗网络生成高通过率的测试用例；通过以用例相似度为指标的筛选算法，减少测试用例冗余；引入随机变异策略进行测试用例变异，提高测试用例多样性和漏洞发现概率；通过分析漏洞出现时程序的栈帧信息找到并记录造成漏洞的原因，从而降低工控系统被攻击的概率、提高工控系统安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于序列生成对抗网络的DNP3协议模糊测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、构建DNP3协议样本数据库：利用公开的DNP3协议样本数据集和人工采集的DNP3工控系统中的多个随机DNP3协议样本数据构建DNP3协议样本数据库；

步骤二、DNP3协议样本数据预处理：根据DNP3协议格式对DNP3协议样本数据库中DNP3协议样本数据提取并按字段分离DNP3协议样本数据，再通过进制转换的构造方法对DNP3协议样本数据进行预处理；

步骤三、预处理后的DNP3协议样本数据变异：使用字符填充、数值位翻转或数值取反的方法对预处理后的DNP3协议样本数据的变异；

步骤四、生成初级测试用例，过程如下：

步骤401、将预处理且变异后的DNP3协议样本数据作为训练数据，输入至序列生成对抗网络SeqGAN中的LSTM生成器，学习到训练数据的一维序列特征；

步骤402、LSTM生成器生成的数据输入至嵌入层，得到数据的二维阵列，再将数据的二维阵列输入到CNN判别器，获取数据的真伪值；其中，所述LSTM生成器为步骤401训练的LSTM生成器；