IoT自動(dòng)化滲透測試
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是新興技術(shù)，是對傳統Internet的擴展，它使所有帶有射頻識別（RFID），傳感器或GPS等功能的物體相互連通。
IoT安全問(wèn)題頻發(fā)，但是從攻擊者的角度來(lái)看，用來(lái)評估物聯(lián)網(wǎng)安全性的方法卻很少。到目前為止，滲透測試已廣泛應用于評估傳統的Internet或系統安全性，但通常需要花費大量成本和時(shí)間。
下面，我們針對物聯(lián)網(wǎng)的安全問(wèn)題，提出一種基于BDI模型的滲透測試方法及其自動(dòng)化，以評估物聯(lián)網(wǎng)的安全性。
1 什么是IoT？
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是1999年由麻省理工學(xué)院（MIT）提出；這段特殊的時(shí)期預示著(zhù)重要的新一代信息技術(shù)的出現。物聯(lián)網(wǎng)被認為是交易的延伸附加互聯(lián)網(wǎng)，便于信息通信傳遞。具有識別位置，跟蹤信息，監視射頻識別的數據管理（RFID），傳感器或GPS等功能。
根據現有的文獻，物聯(lián)網(wǎng)結構包括三層：應用層，網(wǎng)絡(luò )層和感知層。
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應用層為用戶(hù)提供在不同的場(chǎng)景中的服務(wù)。
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網(wǎng)絡(luò )層負責信息的傳輸和處理。
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感知層收集信息并識別對象。（包括各種硬件終端例如RFID，傳感器，GPS等）
目前，物聯(lián)網(wǎng)的使用技術(shù)已應用于各種領(lǐng)域，例如智能網(wǎng)格，智能交通，智慧城市，智能家居，智能醫療保健，體育鍛煉和智能建筑。然而，由于安全事件不斷頻發(fā)，引起業(yè)界的廣泛關(guān)注，特別是安全方面。
滲透測試是常見(jiàn)提高安全能力方法之一，通過(guò)模擬真實(shí)攻擊來(lái)保障安全性。根據PTES（滲透測試執行標準），滲透測試的過(guò)程包括交互，信息收集建模，Vul-可行性分析，開(kāi)發(fā)，后期開(kāi)發(fā)等。滲透測試旨在提高系統的安全性，而不是為了破壞，不會(huì )影響目標系統的可用性。
越來(lái)越多的公司和組織開(kāi)始利用此方法來(lái)識別和解決系統中潛在的漏洞，以防止在未來(lái)出現重大紕漏。但是，大部分IoT安全研究都側重于分析，防御或攻擊特定設備。
雖然滲透測試是一種非常受歡迎的方法，但是該過(guò)程需要花費大量的費用和時(shí)間。但是，滲透測試自動(dòng)化可以科學(xué)的提高效率。
2 物聯(lián)網(wǎng)的安全性
與傳統互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)具有特殊的特征，三層結構會(huì )導致更多的漏洞出現。在物聯(lián)網(wǎng)的三層結構中，每一層都有特定的安全性問(wèn)題，其中一些類(lèi)似于傳統網(wǎng)絡(luò )。本節分析每個(gè)人的安全性問(wèn)題層。
A. 感知層安全
感知層，也稱(chēng)為識別層或物理層，是從現實(shí)世界中收集信息，通過(guò)RFID將這些信息集成到數字世界中（比如：傳感器，GPS和其他硬件設備）。感知層中的節點(diǎn)一般是低功率，計算能力受限，低存儲空間和重復使用。
所以，感知層并沒(méi)有采用傳統的信息安全解決方案。從每個(gè)感知層網(wǎng)絡(luò )到節點(diǎn)，特定的安全問(wèn)題會(huì )導致更多漏洞和攻擊面出現。例如，節點(diǎn)是容易遭到竊聽(tīng)，欺騙，克隆，killing，干擾和屏蔽攻擊等。
B. 網(wǎng)絡(luò )層安全
網(wǎng)絡(luò )層負責傳輸應用層和感知層之間的信息。網(wǎng)絡(luò )層是各種網(wǎng)絡(luò )架構的組合，包括互聯(lián)網(wǎng)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )，衛星，GSM網(wǎng)絡(luò )，GPRS，3G，4G，WIFI網(wǎng)絡(luò )等。
這些網(wǎng)絡(luò )的安全性問(wèn)題與傳統的相似，容易受到DDoS、中間人、數據篡改、數據重放和信號干擾等攻擊。此外，混合不同的網(wǎng)絡(luò )架構也可能帶來(lái)新的安全問(wèn)題。
C. 應用層安全
應用層為用戶(hù)提供了多種服務(wù)，例如：智能電網(wǎng)，智能交通，智慧城市，智能家居，智能醫療保健和智能建筑等。物聯(lián)網(wǎng)可以通過(guò)各種平臺訪(fǎng)問(wèn)，用戶(hù)可以通過(guò)在不同平臺上的應用程序來(lái)實(shí)現相應的功能。例如：計算機，移動(dòng)設備或智能硬件設備。
應用層（與其他層類(lèi)似）的安全風(fēng)險取決于物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的攻擊漏洞（例如攻擊緩沖區溢出，SQL注入，XSS，密碼攻擊和社會(huì )工程攻擊）。
3 PENETRATION測試
基于已建立的物聯(lián)網(wǎng)特定安全問(wèn)題研究和OWASP的物聯(lián)網(wǎng)攻擊項目，我們能夠分析出，傳統物聯(lián)網(wǎng)滲透測試與當前物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的區別在于感知層。
我們將物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的過(guò)程分為四個(gè)階段：
1）信息搜集
2）分析
3）開(kāi)發(fā)
4）報告
A.信息收集
初始階段的信息收集是一個(gè)關(guān)鍵步驟，通過(guò)探測所有三個(gè)物聯(lián)網(wǎng)結構層（感知、網(wǎng)絡(luò )和應用）的信息來(lái)確定滲透測試的成功。
1） 感知層：在感知層，收集有關(guān)物理環(huán)境的各種信息，比如節點(diǎn)的位置、節點(diǎn)的類(lèi)型、節點(diǎn)的范圍、類(lèi)型連接方式、通信協(xié)議類(lèi)型、拓撲結構節點(diǎn)、節點(diǎn)操作系統的類(lèi)型、節點(diǎn)的電源、安全機制、節點(diǎn)漏洞和傳播協(xié)議漏洞等。
工具示例包括：
? Hardware Bridge API：用于物聯(lián)網(wǎng)滲透測試。
? Nmap：開(kāi)源免費工具，掃描網(wǎng)上電腦開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )連接端。
? Openvas：開(kāi)放式漏洞評估系統，也可以說(shuō)它是一個(gè)包含著(zhù)相關(guān)工具的網(wǎng)絡(luò )掃描器。
? Nessus：目前全世界最多人使用的系統漏洞掃描與分析軟件。
2） 網(wǎng)絡(luò )層：在網(wǎng)絡(luò )層，利用網(wǎng)絡(luò )攻擊工具（如著(zhù)名的wirelessatck套件、aircack）采集與傳統滲透測試類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型、連接類(lèi)型、安全機制、通信類(lèi)型和傳輸協(xié)議漏洞等信息是非常關(guān)鍵的。
3） 應用層：盡管物聯(lián)網(wǎng)被廣泛用于 各種應用場(chǎng)景，應用層信息收集類(lèi)似于傳統的信息收集。它是對于收集有關(guān)操作系統類(lèi)型，端口，服務(wù)信息，訪(fǎng)問(wèn)控制類(lèi)型，配置Nmap提供的信息和漏洞信息，vas，Nessus等等。
4） 社會(huì )工程信息：用來(lái)改善滲透測試性能，社會(huì )工程學(xué)信息也需要收集。例如，DNS信息，電子郵件列表，應用程序信息等。Dnsenum和Fierce以收集DNS信息而聞名，我們可以通過(guò)Harvester收集電子郵件列表。
B.分析
在分析階段，必須對目標的相關(guān)信息進(jìn)行組織、分析，隨后識別出目標的攻擊路徑，并嘗試獲得目標的訪(fǎng)問(wèn)權限，通常需要對實(shí)驗環(huán)境進(jìn)行有效性檢查。
C.開(kāi)發(fā)
在此階段，將把分析階段已經(jīng)分析出來(lái)的可行的攻擊路徑和規劃進(jìn)行真正的攻擊。在滲透測試期間，將禁止DDoS攻擊，以確保目標的可用性。
1）感知層：感知層物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)的特性決定了對感知層的攻擊的方法，是傳統物聯(lián)網(wǎng)滲透測試與傳統物聯(lián)網(wǎng)滲透測試不同的原因。特定攻擊可由硬件橋接API或IoTseeker形成，包括：
? 略讀：非法讀取節點(diǎn)信息。
? 竊聽(tīng)：嗅探節點(diǎn)之間的信息路由器。
? 欺騙：生成偽造的節點(diǎn)數據。
? 克?。?/span>克隆偽節點(diǎn)。
? 殺死：竊取并破壞節點(diǎn)。
? 緩沖區溢出w攻擊節點(diǎn)。
? 節點(diǎn)上的訪(fǎng)問(wèn)控制攻擊：IoTseeker打破了IoT設備的默認密碼。
2） 網(wǎng)絡(luò )層：網(wǎng)絡(luò )層上的攻擊，包括網(wǎng)絡(luò )流量嗅探器，信號重放，信號偽造，并在不同的網(wǎng)絡(luò )通信中劫持信號WIFI，3G，4G，GSM，藍牙和通過(guò)無(wú)線(xiàn)攻擊Aircrack-ng等。攻擊的內容如下：
? 網(wǎng)絡(luò )流量嗅探器：sniffer之間的信息網(wǎng)絡(luò )。
? 信號重放：重放信息以進(jìn)行攻擊目標。
? 假信號：生成信息來(lái)進(jìn)行攻擊目標。
? 信號劫持：干擾目標網(wǎng)絡(luò )并強制將目標節點(diǎn)連接到可控制的偽造網(wǎng)絡(luò )上。
3） 應用層：對應用層的攻擊與傳統的滲透測試非常相似，包括Web應用程序攻擊，軟件緩沖區溢出攻擊，密碼攻擊等。使用的工具有：
? Metasploit：最受好評的滲透測試框架包括成千上萬(wàn)的漏洞利用加載。
? W3af：Web應用程序攻擊框架。
? John the Ripper：密碼破解。
4）社會(huì )工程攻擊：社會(huì )工程攻擊是指針對那些缺乏安全意識的普通民眾。假如，員工可以通過(guò)向它們啟用對目標的訪(fǎng)問(wèn)特權并進(jìn)一步的進(jìn)行滲透測試。執行此類(lèi)攻擊的能力需要Setoolkit，它是滲透測試領(lǐng)域最著(zhù)名的工具，由社會(huì )工程攻擊工具組成。
D.報告
一個(gè)成功的滲透測試模擬會(huì )發(fā)現漏洞，其中的細節將被處理，并隨后向目標所有者報告，以提高未來(lái)的安全性。
通過(guò)模擬滲透測試的流程，我們會(huì )從中發(fā)現某系統或應用平臺的漏洞。通過(guò)對流程中的信息進(jìn)行分析評估總結，形成最終的測試報告，以提高系統的安全性能。
4 BDI模型的自動(dòng)化
滲透測試的成功需要一套完整的目標和計劃。為了實(shí)現自動(dòng)化，BDI是解決這一問(wèn)題的理想模型，因為它能夠在滲透測試中通過(guò)感知和動(dòng)作與目標進(jìn)行交互。
我們可以使用BDI模型為物聯(lián)網(wǎng)滲透測試進(jìn)行建模。BDI模型描述了在滲透測試期間如何選擇與目標信息相關(guān)的操作，此過(guò)程分為三個(gè)邏輯成分：信念、愿望和意圖。我們的模型遵循Jason解釋器，這個(gè)模型是基于過(guò)程推理系統（PRS）。
BDI代理定義為“元組”< Ag，B，D，I，P，A，S >
? Ag是代理名稱(chēng)；
? B是一個(gè)信念集，代表有關(guān)目標，并在執行操作后將其更新；
? D是一個(gè)愿望集，代表所有選項或可能的滲透測試候選計劃代理商
? I是一個(gè)意圖集，代表代理商的目標或代理商決定執行的計劃。
? P是一個(gè)計劃集，由可用計劃組成，每個(gè)計劃提供有關(guān)如何達到的信息ve的目標。
? A是一個(gè)操作集，其中包括可以執行的代理操作。
? S是一個(gè)感知集，它存儲了來(lái)自環(huán)境的各種信息。
5 驗證
我們通過(guò)仿真對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)化滲透測試實(shí)驗
我們的模型運行在具有2.3 GHz，I5 CPU和8GB的RAM的PC上。如所示，
模擬實(shí)驗代表BDI代理和三層物聯(lián)網(wǎng)在Jason中使用內部溝通動(dòng)作，來(lái)模擬BDI模型與物聯(lián)網(wǎng)。我們的模型是在A(yíng)gentSpeak Jason中實(shí)現的，這是一種多代理系統編程語(yǔ)言。
A. 物聯(lián)網(wǎng)目標
我們將物聯(lián)網(wǎng)目標信息預先定義為三層，包括服務(wù)和相應的漏洞能力，如所示：
該信息存儲在信念集中，三個(gè)物聯(lián)網(wǎng)結構層的仿真需要創(chuàng )建4個(gè)代理，分別表示應用層和網(wǎng)絡(luò )層，以及感知層中的兩個(gè)節點(diǎn)。
網(wǎng)絡(luò )層負責應用層和感知層之間的信息傳輸此外，為了使場(chǎng)景不確定，我們使用隨機數來(lái)確定攻擊的結果。
B. BDI代理
在BDI代理中，特權的默認值是none，初始目標是應用層中的root特權或控制IoT。我們在前一節描述的物聯(lián)網(wǎng)滲透測試的基礎上，預先定義了對三層代理進(jìn)行信息和攻擊的探測計劃，例如，BDI代理可以探測操作系統類(lèi)型、端口、服務(wù)、漏洞信息和網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型，還可以執行密碼攻擊、嗅探攻擊，重放攻擊和緩沖溢出攻擊。模擬實(shí)驗是由Jason的內部動(dòng)作完成的
Jason代碼如下所示：
+!probe information: true<?.send(agent name, askAll, information type(value)).
+!attack action: true<?.send(agent name, tell, attack action)
C.模擬
通過(guò)對應用層的失敗攻擊和對網(wǎng)絡(luò )層和感知層的成功攻擊，說(shuō)明了傳統物聯(lián)網(wǎng)滲透測試系統與當前物聯(lián)網(wǎng)滲透測試系統的不同。成功獲得了操作系統類(lèi)型、端口、服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型、網(wǎng)絡(luò )安全和漏洞三個(gè)層次的基本信息。
顯示了BDI模型對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行滲透測試的過(guò)程：
此外，BDI代理成功地破解了SSH password，并獲得了用戶(hù)權限。
由于隨機性較低，無(wú)法執行本地緩沖區溢出攻擊以獲取根權限。由于對每一層之間的信息傳輸缺乏安全保護，BDI代理成功地執行了Sniffertack。
可以獲得有關(guān)光傳感器和光控制指令的必要信息，BDI代理收集并存儲在信念集中的信息如圖5所示：
“turn on the light”命令和光傳感器信息在應用程序和網(wǎng)絡(luò )層之間傳輸，顯示在網(wǎng)絡(luò )層的信念集中。感知層的基本信息和值包含在圖7所示的應用層代理的信念集中:
我們假設光傳感器的值是40。在感知層，兩個(gè)代理分別代表光和光傳感器，我們的BDI代理可以根據光傳感器信息和光控制指令執行重放攻擊
6 結論
在本文中，我們首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念和滲透測試。其次，我們討論了安全性物聯(lián)網(wǎng)的概念，并描述了其安全功能。我們提出了一種方法來(lái)執行滲透測試物聯(lián)網(wǎng)，引入了特殊的專(zhuān)用tools。然后，進(jìn)行效率上的改善。
我們使用BDI模型來(lái)實(shí)現其自動(dòng)化，最后，我們通過(guò)模擬實(shí)驗來(lái)驗證我們的工作。在未來(lái)的研究中，我們將擴展模型進(jìn)行更多操作并在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗。
