模糊測試是網(wǎng)絡(luò)安全測試領(lǐng)域必然會(huì)被提及的一類測試方法。它有著極其鮮明的特點(diǎn)，包括極低的需求依賴性、可逆向的測試?yán)砟畹?，與常規(guī)測試方法顯得是那么的“風(fēng)格迥異”。但同時(shí)，這種測試方法又常常能發(fā)現(xiàn)一些核心、嚴(yán)重的BUG，因此其在整個(gè)測試體系中有著重要的地位，且這種測試方法也已“潤物細(xì)無聲”地融入到我們的測試活動(dòng)中了。本次就為大家介紹如何在車載通信領(lǐng)域運(yùn)用模糊測試。

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什么是模糊測試

模糊測試的整體測試思路非常簡單，給待測系統(tǒng)輸入“隨機(jī)值”，然后監(jiān)測是否出現(xiàn)異常。

圖1 模糊測試示意圖這個(gè)過程中有這樣幾個(gè)特點(diǎn)：

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/ 隨機(jī)值

隨機(jī)值可以是正常的數(shù)據(jù)，也可以是非預(yù)期的數(shù)據(jù)，通常可以通過變異（篡改原有數(shù)據(jù)）和生成（通過規(guī)則偽造數(shù)據(jù)）來獲得。且整個(gè)測試不是找?guī)讉€(gè)隨機(jī)值來做測試，而是不斷地輸入大量的隨機(jī)值（可以理解為無窮盡）來做長時(shí)間的持續(xù)測試。

圖2 功能性測試與模糊測試對比

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/ 監(jiān)測異常

正是由于待測系統(tǒng)可能接收處理非預(yù)期數(shù)據(jù)，因此其會(huì)有各種各樣的表現(xiàn)。而異常表現(xiàn)可以是服務(wù)停止、程序崩潰，也可以是資源過載、數(shù)據(jù)丟失。

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/ 自動(dòng)化

每個(gè)測試輪次都是給定輸入然后監(jiān)測異常，而對于模糊測試來說，這樣的輪次需要執(zhí)行非常多的次數(shù)，甚至可以永無止境，所以自動(dòng)化是基本必須要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容。

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模糊測試運(yùn)用到車載通信

雖然模糊測試在車載通信測試中很少被單獨(dú)拿出來，但實(shí)則我們在很多的測試中使用了這種方法。比如：

CAN通信測試中的高負(fù)載測試

對CAN通信注入特定的報(bào)文，形成期望的負(fù)載條件，然后監(jiān)測是否有異常。這個(gè)測試中的隨機(jī)值變量為負(fù)載率和產(chǎn)生負(fù)載的報(bào)文ID，異常的判斷可能包括錯(cuò)誤幀、通信恢復(fù)等，這就形成了一個(gè)高負(fù)載模糊測試。

網(wǎng)絡(luò)管理中的休眠喚醒測試

在控制器休眠的各個(gè)時(shí)刻觸發(fā)喚醒事件，然后監(jiān)測是否正常喚醒。這個(gè)測試中隨機(jī)值變量是時(shí)序，即喚醒事件的觸發(fā)是在什么時(shí)刻，異常的判斷是喚醒行為，這就形成了一個(gè)休眠喚醒時(shí)序模糊測試。

這里舉的2個(gè)例子比較特別，想要說明的是我們提及的隨機(jī)值并不僅僅是協(xié)議字段或者信號數(shù)值這種很容易聯(lián)想到的數(shù)據(jù)，還包括各種狀態(tài)值（如負(fù)載率、吞吐量、頻率等）、時(shí)序（如休眠喚醒過程、TCP連接的三次握手、診斷服務(wù)的解鎖交互等）等數(shù)據(jù)。尤其是時(shí)序，通常是有一連串的步驟，這一過程中不僅可以將每一步的間隔時(shí)間用作隨機(jī)值，還可以在各個(gè)步驟本身“大做文章”，比如每一步再耦合隨機(jī)信號值。 概括起來就是萬物皆可數(shù)據(jù)化，數(shù)據(jù)皆可隨機(jī)化，這或許是模糊測試的核心思想。而結(jié)合車載通信本身的特點(diǎn)，我們可以得到一些典型的模糊測試內(nèi)容：

針對協(xié)議中數(shù)據(jù)格式的模糊測試

如CAN總線中接收到不同ID、DLC時(shí)，是否出現(xiàn)錯(cuò)誤幀。這種測試可能更針對CANFD節(jié)點(diǎn)或者OBD節(jié)點(diǎn)，甚至還包括擴(kuò)展幀、遠(yuǎn)程幀等特殊數(shù)據(jù)。 又比如以太網(wǎng)中接收到不同的源MAC、目標(biāo)MAC、源IP、目標(biāo)IP、源端口、目標(biāo)端口時(shí)，是否出現(xiàn)異常。這里的異常又會(huì)根據(jù)防火墻策略變得不盡相同，比如無響應(yīng)、重啟、發(fā)出不可達(dá)的錯(cuò)誤報(bào)文等。

圖3 針對協(xié)議中數(shù)據(jù)格式的模糊測試示例-CAN ID模糊測試

針對信號值的模糊測試

如CAN總線中接收到不同的信號值（包括非法值、無效值等），是否出現(xiàn)重啟、死機(jī)等情況。 又比如SOME/IP中接收到各種請求、響應(yīng)、訂閱等數(shù)據(jù)（包括非預(yù)期的數(shù)據(jù)類型、編碼、字節(jié)順序等），是否出現(xiàn)服務(wù)暫停、服務(wù)崩潰、死機(jī)等情況。

圖4 針對信號值的模糊測試示例-CAN信號模糊測試

針對時(shí)序的模糊測試

如上文提及的網(wǎng)絡(luò)管理休眠喚醒測試。 又比如SecOC或者時(shí)間同步機(jī)制中，需要周期性地對特定基準(zhǔn)進(jìn)行同步處理，又有其他數(shù)據(jù)會(huì)使用同步后的基準(zhǔn)，而在同步時(shí)序中出現(xiàn)各種偏移（包括基準(zhǔn)本身的偏移、應(yīng)用數(shù)據(jù)使用的基準(zhǔn)與基準(zhǔn)更新時(shí)刻的偏移等），判斷同步機(jī)制是否崩潰。

圖5 針對時(shí)序的模糊測試示例-休眠喚醒模糊測試

針對流量的模糊測試

如上文提及的高負(fù)載測試。 又比如網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的性能測試中，在各端口并行接收不同的數(shù)據(jù)流以構(gòu)成不同的吞吐量，判斷路由機(jī)制是否崩潰。

圖6 針對流量的模糊測試示例-吞吐量模糊測試

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模糊測試中需要注意的問題

雖然有大量的測試可以使用模糊測試方法，但同樣的，模糊測試也有著其局限性或者說不足，如何盡可能地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)、規(guī)避其不足可能需要考慮以下內(nèi)容：

異常

對于異常的判斷是一個(gè)十分困難但又非常重要的點(diǎn)。困難是在于異常的情況比較復(fù)雜且能夠監(jiān)測的手段很多時(shí)候是有限的，尤其是需要實(shí)現(xiàn)異常情況的自動(dòng)化監(jiān)測。在車載網(wǎng)絡(luò)中可以用來判斷異常的包括特定信號值、周期報(bào)文的周期波動(dòng)、控制器的電流值、DTC等。對于每一種不同的模糊測試，應(yīng)該需要根據(jù)測試內(nèi)容選擇合適的異常判斷方式。另一個(gè)有效的方法是進(jìn)行“插樁”，用來突破控制器本身的局限性，突破常規(guī)“黑盒測試”的局限性。

圖7 插樁示意圖

平衡

由于模糊測試是一種趨近于無窮測試的方式，帶來的必然影響就是時(shí)間成本的增加。但是我們實(shí)際的產(chǎn)出并不會(huì)隨時(shí)間增加而呈現(xiàn)線性的增加，因此測試效率會(huì)變得越來越低。為了提高測試效率，我們必然會(huì)使用一些規(guī)則做隨機(jī)值的篩選，但這又必然導(dǎo)致隨機(jī)性的降低。正如很多測試?yán)碚撍枋?，“測試可以證明存在缺陷，但不能證明不存在缺陷”。我們很多的測試都是在投入和產(chǎn)出中尋求平衡，模糊測試由于其特點(diǎn)顯得更加明顯，以至于我們要界定測試是否完成會(huì)存在一些爭議和博弈，要處理這樣的平衡，難度會(huì)可能大于測試本身。

定位及修復(fù)

測試會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，這帶來的另一個(gè)問題就是如何定位。而模糊測試的特點(diǎn)又會(huì)導(dǎo)致問題的定位（包括問題復(fù)現(xiàn)）會(huì)有很大的難度和不確定性，尤其是當(dāng)模糊測試中隨機(jī)值是更多維度的情況下，事情就會(huì)變得更加復(fù)雜。另一個(gè)需要考慮的點(diǎn)就是問題修復(fù)后的復(fù)測工作，這可能比做一次完整的模糊測試還要麻煩，此時(shí)需要解決的點(diǎn)是如何快速驗(yàn)證問題已被修復(fù)和如何驗(yàn)證修復(fù)方案是否會(huì)產(chǎn)生新的問題。雖然這兩個(gè)點(diǎn)在所有測試中都存在，但是由于模糊測試的隨機(jī)性，這兩個(gè)問題顯得更加困難。 綜合上述幾點(diǎn)考量，個(gè)人認(rèn)為對于當(dāng)前的車載通信來說，在開發(fā)前中期采用模糊測試時(shí)需要有規(guī)則性和針對性的，雖然我們降低了發(fā)現(xiàn)問題的范圍，但得到的是測試效率、問題修復(fù)效率、資源利用率的有效提升。而隨著軟件的逐步成熟，可以逐步放開原有規(guī)則，增加隨機(jī)性。這一過程中也需要結(jié)合自身的情況來做調(diào)整，總之，關(guān)鍵點(diǎn)其實(shí)就兩個(gè)字：平衡。

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總結(jié)

模糊測試是一個(gè)相當(dāng)有效的測試方法，其隨機(jī)性的思想可以讓我們發(fā)現(xiàn)通過邏輯很難想到的問題，這擴(kuò)大了我們發(fā)現(xiàn)問題的范圍和手段，能有效提高測試經(jīng)驗(yàn)，這與場景測試有著異曲同工之妙。但同時(shí)，其投入多、修復(fù)難的問題也是不可忽視的內(nèi)容。如何達(dá)到平衡是我們必須要考慮的點(diǎn)，總的來說，這是個(gè)以時(shí)間換經(jīng)驗(yàn)還是以經(jīng)驗(yàn)換時(shí)間的選擇題。

另外，本文的車載通信測試是廣義概念，也包括了以車載通信技術(shù)作為載體的安全通信、安全診斷、安全刷寫等測試。 北匯信息專注于汽車電子測試，與國內(nèi)外眾多OEM和Tier1合作，在車載通信、診斷刷寫、OTA、車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全、域控制器功能測試等領(lǐng)域積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歡迎大家交流、探討。

審核編輯 ：李倩