25、IoT安全测试：渗透测试与测试环境搭建

IoT安全测试：渗透测试与测试环境搭建

1. IoT系统的常见漏洞与渗透测试概述

1.1 常见漏洞

漏洞类型	攻击面	概述
获取控制台访问权限	串行接口（SPI/UART）	通过连接串行接口，可获得设备的完整控制台访问权限。通常安全措施包括自定义引导加载程序，防止攻击者进入单用户模式，但也可被绕过。
不安全的第三方组件	软件	如BusyBox、OpenSSL、SSH、Web服务器等的过时版本。

1.2 渗透测试简介

渗透测试是一种模拟黑客攻击的测试方法，旨在在黑帽黑客之前识别系统中的漏洞。所有物联网系统都可能受到攻击，因此利益相关者组织需要了解风险并及时应对安全问题。

2. 渗透测试的流程与目标

2.1 渗透测试流程

• 信息收集 ：在攻击前收集目标的信息，可通过探索性（无脚本）测试识别可能的入口点，尝试入侵并记录发现和观察结果。
• 定义攻击面 ：找到并定义要攻击的渗透测试表面，并进行记录。
• 实施攻击 ：根据探索信息和攻击位置的定义，进行攻击以显示后续可利用的弱点或安全故障。
• 利益相关者响应评估 ：评估利益相关者对黑客攻击的响应，包括是否有安全政策、开发团队对安全风险评估和故障消除的开放性、能否探测项目人员的安全意识和准备情况，以及能否在产品、硬件、软件和系统的整个生命周期内持续进行渗透测试。

2.2 渗透测试目标

渗透测试的主要目标是在黑帽黑客之前识别漏洞，使黑客的工作更加困难。物联网项目需要在整个生命周期内考虑安全测试，发现安全问题和弱点后，团队应寻找类似风险并可能改变开发实践以降低风险。

3. 渗透测试的攻击技术与规划

3.1 攻击技术

• 密码破解 ：通过访问用户存储或传输的数据，或使用暴力破解工具（如pkcrack）猜测用户密码。为避免被锁定，可尝试一两个密码后切换到另一个用户账户。
• 拒绝服务（DoS）攻击 ：通过向物联网设备使用的网络流量中大量发送消息，使设备或系统无法被其预期用户访问。
• 欺骗/网络钓鱼 ：通过发送伪装成来自信誉良好来源的电子邮件或其他用户信息（文件附件），诱使内部人员透露个人安全信息，如密码、账户或其他数据。

3.2 渗透测试类型

测试类型	描述
针对性渗透测试	针对特定功能（通常是新功能）或有风险的软件功能进行测试，由组织的开发/IT团队和渗透测试人员共同执行。
外部渗透测试	针对公司外部可见的云、边缘或物联网设备进行测试，目的是确定攻击者能否进入以及进入后可以访问什么。
内部渗透测试	模拟具有标准访问权限的测试人员在防火墙后面进行黑客攻击，评估员工可能造成的损害。
盲测渗透测试	IV&V团队模拟实际攻击者的行动和程序，所获得的信息与真正的黑客开始时相同。
双盲渗透测试	在盲测渗透测试的基础上，评估物联网运营安全监控、事件识别和响应过程。

3.3 渗透测试规划

测试人员需要进行良好的安全渗透测试规划，并列出一长串风险。测试计划应包括风险、建议的安全攻击以及原因，因为管理层会询问这些信息。

4. 系统的全面渗透与测试用例

4.1 全面渗透

使用前期的信息规划和探索阶段的结果，黑客测试人员尝试通过有针对性的攻击获得系统访问权限。访问可以通过黑客用户或插入的软件（如病毒、恶意软件到键盘记录器）实现。随着时间的推移，应维持和扩展访问和信息流，例如获得更多特权访问。

4.2 测试用例

测试人员需要执行“标准”测试工作，然后扮演“坏人”进行以下攻击：
- 欺骗渗透
- 黑客攻击个人数据（如身份盗窃）
- 利用渗透漏洞“破坏消费者数据”（可能导致救命数据丢失）
- 尝试“欺骗”或劫持医生，因为他们决定使用多少药物（扮演内部“不道德员工”）
- 最后，尝试黑客攻击医疗设备数据库（可能伤害很多人，需格外谨慎）

每个用例都应至少在风险和安全规划中进行考虑，利益相关者认为值得攻击的用例应设计到测试渗透攻击中，然后团队进行黑客测试。

5. 简化的渗透测试流程

graph LR
    A[测试计划分配时间和人员] --> B[收集物联网系统的风险、流程和软件信息]
    B --> C[进行网络和物联网设备架构调查并细化]
    C --> D[通过内部和外部扫描识别通信端口和服务]
    D --> E[进行漏洞评估和社会工程学调查]
    E --> F{是否需要重复步骤}
    F -- 是 --> B
    F -- 否 --> G[执行密码破解、DoS攻击、欺骗/网络钓鱼等攻击]
    G --> H[根据攻击类型进行针对性、外部、内部、盲测或双盲渗透测试]
    H --> I[完成渗透测试并展示结果]

6. IoT测试环境的介绍

6.1 测试环境选项

根据物联网设备的性质和大小，测试环境会有所不同。常见的测试环境选项包括：
- 桌面实验室
- 简单实验室
- 系统/软件集成实验室（SIL），包括安全测试实验室
- 完整的SIL
- 现实世界的SIL混沌工程

6.2 测试实验室生命周期

测试实验室的生命周期包括计划、执行、检查和行动四个阶段：
- 计划阶段 ：在测试提案期间开始实验室操作和需求规划。
- 执行阶段 ：测试实验室环境与软件测试架构（STA）和各种支持配置过程一起运行。随着物联网设备在硬件、软件和操作方面的变化，测试环境必须改变配置和使用方式。
- 检查阶段 ：测试人员在测试系统集成实验室（SIL）中评估质量并运行安全攻击，同时维护SIL（安全沙箱）环境。
- 行动阶段 ：测试环境产生的结果和数据驱动项目决策，包括物联网设备的成熟度、风险消除或实际问题的修复。这个循环在整个项目生命周期中不断重复。

6.3 测试实验室的关键要点

• 实验室提供进行全面测试/V&V的环境。
• 实验室有自己的生命周期，包括需求、成本和进度、设计、实施、测试实验室本身、由训练有素和熟练的人员提供支持等。
• 实验室支持产品测试和集成，以及预发布到发布后的测试/V&V。
• 实验室可能需要与现场测试集成，并且可能需要进行认证。
• 实验室在运营和维护期间需要进行维护和更新。
• 实验室必须支持数据捕获和分析，包括人工智能。
• 实验室支持对质量的评估，如安全性、性能、安全性、可靠性等。

7. IoT实验室/SIL的规划与要求

7.1 测试/V&V支持

测试环境或SIL必须支持以下一些或全部测试/V&V工作：
- 软件测试 ：结构测试、功能测试、质量测试。
- 集成测试 ：通信、其他物联网设备或系统、其他系统、硬件、软件。

7.2 实验室规划要点

创建SIL或实验室需要从规划需求开始，贯穿整个生命周期，并在结束时进行实验室的退役。这些设施的开发由多学科的工程师和管理人员团队进行。

8. 测试实验室的维护与挑战

8.1 长期维护需求

对于关键物联网系统上长时间运行的测试环境，需要进行维护和设备重新校准，因为随着时间推移，设备会出现磨损。例如，在一次测试中，物联网硬件支持设备的认证在测试计划期间过期，且没有时间停止测试。为了继续测试，采取了一定风险的解决方案，即继续使用该设备直到测试完成。测试经理记录了这种情况和风险，经管理层和质量控制工程部门批准后，继续进行测试。幸运的是，在测试周期结束时，设备重新校准并通过了认证，测试和进度得以保全。

8.2 面临的挑战

• 设备老化 ：长期使用导致设备性能下降，影响测试结果的准确性。
• 技术更新 ：物联网技术发展迅速，实验室的功能和工具需要不断更新以适应新的测试需求。
• 人员变动 ：熟练人员的流失可能导致实验室操作和管理出现问题。
• 资金限制 ：维护和升级实验室设备需要大量资金，资金不足可能影响实验室的正常运行。

9. 渗透测试与测试环境的协同作用

9.1 相互支持

渗透测试为测试环境提供了实际的攻击场景和数据，帮助测试环境更好地模拟真实的攻击情况，从而提高测试的有效性。而测试环境则为渗透测试提供了安全、可控的平台，使渗透测试能够在不影响实际系统的情况下进行。

9.2 协同流程

graph LR
    A[渗透测试规划] --> B[在测试环境中执行渗透测试]
    B --> C[收集渗透测试结果]
    C --> D[分析结果并发现漏洞]
    D --> E[根据漏洞改进测试环境]
    E --> F[更新渗透测试策略]
    F --> A

10. 总结与建议

10.1 总结

物联网系统的安全测试至关重要，渗透测试和测试环境搭建是保障系统安全的关键环节。渗透测试通过模拟黑客攻击，帮助发现系统中的漏洞，而测试环境则为测试提供了必要的条件和支持。在实际应用中，需要根据物联网系统的特点和需求，选择合适的渗透测试方法和测试环境选项，并进行合理的规划和管理。

10.2 建议

• 加强人员培训 ：培养专业的渗透测试人员和测试环境管理人员，提高他们的技能和知识水平。
• 定期更新测试环境 ：随着物联网技术的发展和安全威胁的变化，及时更新测试环境的设备和软件，确保其能够适应新的测试需求。
• 建立完善的安全策略 ：制定全面的安全策略，包括渗透测试的流程、测试环境的管理规范等，确保测试工作的安全和有效进行。
• 加强与利益相关者的沟通 ：及时向利益相关者汇报渗透测试的结果和安全风险，听取他们的意见和建议，共同制定应对措施。

总之，物联网系统的安全测试是一个长期而复杂的过程，需要不断地探索和实践。通过合理运用渗透测试和测试环境搭建技术，能够有效提高物联网系统的安全性，为用户提供更加可靠的服务。