2019年末，互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施廠商Cloudflare公司安全工程師David Haynes盯著一張怪異的圖片內(nèi)心無法平靜?！斑@簡直就是在亂搞，”他回憶道“機(jī)器生成了一大堆灰色與黑色的像素塊?！彼芙^公開相關(guān)圖片，表示貿(mào)然發(fā)布可能引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。

Haynes的謹(jǐn)慎自然有其道理。這幅圖像來自一款名為Mayhem的工具，它的職責(zé)就是檢測軟件并發(fā)現(xiàn)其中存在的潛在安全漏洞。這款工具出自卡耐基梅隆大學(xué)之手，目前項(xiàng)目歸屬于初創(chuàng)企業(yè)ForAllSecure。Haynes一直在Cloudware軟件上測試這款工具去不斷地調(diào)整圖像尺寸以加快網(wǎng)站運(yùn)行速度，并提供更多訓(xùn)練用的示例照片。Maythem通過觸發(fā)一項(xiàng)潛在漏洞導(dǎo)致圖像處理軟件崩潰，從而使這些示例圖片突變，造成圖片異常。這一潛在漏洞令那些購買Cloudflare產(chǎn)品以保障網(wǎng)站平穩(wěn)運(yùn)行的用戶大為惱火。

Mayhem的應(yīng)用領(lǐng)域

在此之后，Mayhem已經(jīng)成為Cloudflare標(biāo)準(zhǔn)化安全檢測工具的一部分，就連美國空軍、海軍與陸軍也開始使用這款工具。上個(gè)月，五角大樓與ForAllSecure公司簽訂了一份價(jià)值4500萬美元的合同，旨在擴(kuò)大該工具在美軍各機(jī)構(gòu)中的使用范圍。很明顯，官方需要一款能夠發(fā)現(xiàn)大量潛在漏洞的工具。2018年發(fā)布的一份政府報(bào)告指出，幾乎所有美國國防部在2012-2017年檢測的武器系統(tǒng)當(dāng)中都存在著嚴(yán)重的軟件漏洞。

Mayhem還不夠成熟，無法全面替代人類調(diào)試員的職位——這些專業(yè)人士能夠?qū)④浖O(shè)計(jì)知識(shí)、代碼閱讀能力、創(chuàng)造力以及直覺結(jié)合起來，高效發(fā)現(xiàn)開發(fā)缺陷。但ForAllSeucre公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO David Brumley表示，該工具的定位就是要協(xié)助人類專家進(jìn)一步提高效率。人類的時(shí)間與精力終究有限，而世界上的軟件安全漏洞一直在不斷增加，每一分鐘都會(huì)有更多漏洞暴露在世人面前。

Brumely表示，“安全性的重點(diǎn)并非在于‘安全’，而在于‘不安全’，這與發(fā)現(xiàn)漏洞、采取措施的速度息息相關(guān)?！?/p>

Mayhem源自2016年在拉斯維加斯賭場宴會(huì)廳舉行的一場不同尋常的黑客競賽。舞臺(tái)上空無一人，只有七臺(tái)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)服務(wù)器。每位參賽選手托管一個(gè)軟件機(jī)器人，由該機(jī)器人嘗試發(fā)現(xiàn)并利用對(duì)方服務(wù)器當(dāng)中的漏洞，同時(shí)努力修復(fù)自身服務(wù)器中的軟件缺陷。在8個(gè)小時(shí)的角逐之后，來自卡耐基梅隆大學(xué)安全實(shí)驗(yàn)室的Brumley團(tuán)隊(duì)?wèi){借Mayhem拿下了200萬美元的最高獎(jiǎng)金。他們當(dāng)時(shí)使用的那臺(tái)服務(wù)器也被搬進(jìn)了史密森尼博物館。

目前仍擔(dān)任卡耐基梅隆大學(xué)教授的Brumley指出，這樣的經(jīng)歷進(jìn)一步堅(jiān)定了他的信心，讓他意識(shí)到實(shí)驗(yàn)室中的成果完全能夠在現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)揮重大作用。他暫時(shí)擱置了深挖這款機(jī)器人的攻擊能力，轉(zhuǎn)而著力提升其安全防御機(jī)制并推動(dòng)成果的商業(yè)化轉(zhuǎn)型。他解釋道，“這場網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)賽證明，完全自主的安全系統(tǒng)并非不可能實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)完全可以帶來良好的防御表現(xiàn)?！?/p>

中國與以色列政府也在這方面投入了不少精力。雙方都向ForAllSecure伸出了橄欖枝，但該公司最終決定與美國政府合作。通過與五角大樓下轄國防部創(chuàng)新部門簽訂的合同，Mayhem代表的這一項(xiàng)新技術(shù)將被快速引入美國軍方。

ForAllSecure公司被質(zhì)疑要求證明Mayhem的能力，而Mayhem不負(fù)眾望，只用了幾分鐘的時(shí)間，就自動(dòng)從美國軍用的軍轉(zhuǎn)民商用客機(jī)控制軟件中找到了一項(xiàng)安全漏洞。飛機(jī)制造商隨后對(duì)問題進(jìn)行了驗(yàn)證與修復(fù)。

Mayhem發(fā)現(xiàn)的漏洞當(dāng)然不止于此：今年早些時(shí)候，它就在成千上萬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備普遍使用的OpenWRT軟件中發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)漏洞。去年秋季，該公司的兩名實(shí)習(xí)生利用Mayhem找出了允許用戶將手機(jī)視頻投映至電視的軟件漏洞，并借此贏得Netflix方面提供的漏洞獎(jiǎng)金。

Brumley指出，汽車及航空航天企業(yè)對(duì)于這款工具的表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)注。如今，汽車與飛機(jī)對(duì)軟件的需求與日俱增，這種軟件需要以安全可靠，穩(wěn)定的方式運(yùn)行數(shù)年，最好極少更新。

Mayhem的漏洞識(shí)別模式

Mayhem目前僅適用于基于Linux操作系統(tǒng)的程序，且提供兩種漏洞識(shí)別模式：廣泛掃描與針對(duì)性掃描。

所謂廣泛掃描，使用的是一項(xiàng)名為“模糊測試”的技術(shù)。它將會(huì)隨機(jī)生成指令或圖片，批量投放至目標(biāo)軟件，并識(shí)別是否存在可以引發(fā)崩潰的觸發(fā)條件。第二種方法也被稱為符號(hào)化執(zhí)行測試，相當(dāng)于為目標(biāo)軟件創(chuàng)建一項(xiàng)簡化的數(shù)學(xué)表象模型。通過對(duì)這個(gè)雙重簡化模型的分析，即可識(shí)別出實(shí)際目標(biāo)中的潛在弱點(diǎn)。ForAllSecure的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO，Brumley表示，在識(shí)別軟件漏洞方面，“計(jì)算機(jī)可以做得很好?！?/p>

近年來，模糊測試已經(jīng)在計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域得到愈發(fā)廣泛的應(yīng)用。去年，谷歌發(fā)布了一款模糊測試工具，稱其在Chrome瀏覽器當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的漏洞超過了16000個(gè)。但Cloudflare公司的Haynes表示，這項(xiàng)技術(shù)在行業(yè)中的普及度仍然不高，因?yàn)槟：郎y試工具往往需要針對(duì)每個(gè)目標(biāo)程序進(jìn)行非常深入的調(diào)整。他解釋道，F(xiàn)orAllSecure的優(yōu)勢在于精心設(shè)計(jì)出Mayhem這樣一款工具，由此帶來的強(qiáng)大適應(yīng)性能夠幫助Cloudflare真正高效且常規(guī)地推廣模糊測試。Haynes還強(qiáng)調(diào)，符號(hào)執(zhí)行比較擅長發(fā)現(xiàn)更復(fù)雜的漏洞，但以往主要在研究實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中使用。

亞利桑那州立大學(xué)教授Ruoyu Wang希望Mayhem的出現(xiàn)，能夠成為高水平計(jì)算機(jī)安全自動(dòng)化未來的開端。但他也承認(rèn)，漏洞識(shí)別仍是一項(xiàng)需要由人類與機(jī)器人進(jìn)行全面協(xié)作的艱難工作。

在Wang看來，Mayhem證明了自動(dòng)化方案完全能夠在安全領(lǐng)域有所作為，但現(xiàn)有的自動(dòng)漏洞查找工具在復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)或軟件包領(lǐng)域仍然作用有限。即使是最強(qiáng)大的現(xiàn)有軟件也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠智能，無法像人們那樣真正理解程序的意圖與功能。但在另一方面，Mayhem這種快速進(jìn)行多次檢測的能力則是人類所不具備的。Wang表示，“自動(dòng)化方案確實(shí)能找到很多無法單靠人力發(fā)現(xiàn)的安全漏洞?！?/p>

Wang自己曾是Mechanical Phish團(tuán)隊(duì)中的一員，這支安全小組曾在2016年的DARPA安全錦標(biāo)賽（Mayhem也正是在這場比賽中誕生）中奪得第三名。現(xiàn)在，他正在研究機(jī)構(gòu)CHESS內(nèi)進(jìn)行一項(xiàng)新的計(jì)劃，旨在開發(fā)出功能更強(qiáng)大的漏洞查找軟件。按照計(jì)劃，該軟件將在人類的協(xié)助下解決現(xiàn)有機(jī)器無法處理的難題。Wang總結(jié)道，“目前，最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)仍有可能隨時(shí)遭遇障礙。新的系統(tǒng)應(yīng)該能夠意識(shí)到這種障礙的存在，并隨時(shí)向人類咨詢?！盡ayhem雖然能夠自主查找漏洞，但在后續(xù)發(fā)展當(dāng)中，它更應(yīng)該成為整體安全團(tuán)隊(duì)中的一員——而非一切。