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api 接口 fuzz 测试初探

勿忘初心2018-08-23 13:07

目标

在日常测试工作中，经常会有api接口的测试，除了正向流程的测试之外，我们经常还需要覆盖一些异常情况。

例如：

不合法字符串
字符串超长
应该是数字类型的，传入了字母
参数为空
传入了中文，标点符号等
sql注入等等

事实上，我们组的接口测试demo框架中，在dataprovider中也经常能够看到诸如下面的例子。

@DataProvider(name = "testIllegalName")
    public static Object[][] testIllegalName(){

    return new Object[][]{

            //name 
            {null, 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"abcdefghijilmnopqrstu", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {" ", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"12", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"-12", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"0.2", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"abcdefghij0123456789abcdefghij0123456789abcdefghij0123456789abcd.com", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"zxq.qa.com", 400, "域名为空或者域名非法"},
            {"zxq_qa.com", 400, "域名为空或者域名非法"},


        };
    }

此处是看看接口在传入非期望值的时候，能不能够很好的处理类似请求。

除此以外，还有一些和业务场景强相关的值类型，比如网络测试的时候，我们会关心cidr的格式；计费测试的时候，又特别关注数字的类型。

一方面，给每个接口增加类似的异常接口测试相对比较无趣；另一方面，我们作为人，考虑问题，不管是开发还是测试，都难免挂一漏万，有一些边边角角的case没能考虑到。

既然如此，我们能否统一抽象出来一种接口异常测试的框架，自动注入各种类型的异常，然后将凡是服务没有捕获的，抛出trace, exception 的，记录下请求的payload，为后续验证覆盖提供支撑。

原理

主要使用了模糊测试技术（fuzz testing, fuzzing）。其核心思想是自动或半自动的生成随机数据输入到一个程序中，并监视程序异常，如崩溃，断言(assertion)失败，以发现可能的程序错误，比如内存泄漏。（摘抄之维基百科）

简单的模糊测试随机输入数据，而更加高效的模糊测试，需要理解对象结构或者协议。通过向数据内容，结构，消息，序列中引入一些异常，来人为的构造聪明的模糊测试。

如果你持续关注文件系统或内核技术，你一定注意过这样一篇文章：Fuzzing filesystem with AFL。Vegard Nossum 和 Quentin Casasnovas 在 2016 年将用户态的 Fuzzing 工具 AFL（American Fuzzing Lop）迁移到内核态，并针对文件系统进行了测试。

结果是相当惊人的。Btrfs，作为 SLES（SUSE Linux Enterprise Server）的默认文件系统，仅在测试中坚持了 5 秒钟就挂了。而 ext4 坚持时间最长，但也仅有 2 个小时而已。(https://zhuanlan.zhihu.com/p/28828826)

所以基于此，在api接口测试中引入模糊测试理论上也是可行的，而且是有效的。

举例

经过一番调研和搜索之后，发现了以下这个项目在接口fuzz测试中，有比较好的上手体验。

pip install PyJFuzz
git clone https://github.com/dzonerzy/PyJFAPI.git

我对 PyJFAPI 稍微进行了一些修改，包括日志记录，以及异常判断的地方，只记录服务器返回500错误的情况等。

首先需要准本一个请求的模板。

cat request.text

POST /v2.0/networks.json HTTP/1.1
Host: pubbeta1-iaas.service.163.org
X-Auth-Token: 6645b224a8314d0c89e09a011cbddf53
Content-Type: application/json
Accept: application/json


***{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}***

这里是一个 post请求，定义了一些请求头和请求体。星号之间的请求json体，为异常注入点。它会自动分析你的json格式，生成各种 payload。理论上来说，你只需要给它提供一份接口的scheme就行(要是所有接口都可以从Swagger直接导出那就很方便了)。

运行：

python pjfapi.py -H pubbeta1-iaas.service.163.org  -P 9797  -T request.txt

我们可以手工请求一下这些导致异常的payload。实例1：

(hzx_env) hzhuangzhexiao@pubbeta1-nova10:~$ curl -i http://pubbeta1-iaas.service.163.org:9797/v2.0/networks.json -X POST -H "X-Auth-Token: 7d52816088e84e5392019ed00c2f386f" -H "Content-Type: application/json" -H "Accept: application/json" -H "User-Agent: python-protonclient" -d '{"network": {"cidr": "20.010.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}'
HTTP/1.1 500 
Content-Type: application/json;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 9586
Date: Tue, 14 Nov 2017 05:59:42 GMT
Connection: close

An unknown exception occurred.
java.lang.IllegalArgumentException: '20.010.0.0' is not an IP string literal.
    at com.google.common.net.InetAddresses.formatIllegalArgumentException(InetAddresses.java:1035)
    at com.google.common.net.InetAddresses.forString(InetAddresses.java:154)
    at com.netease.cns.proton.server.utils.HelperUtils.convertIpStringToInt(HelperUtils.java:107)
    at com.netease.cns.proton.server.utils.HelperUtils.getIp4NetworkProtoBuf(HelperUtils.java:189)
    at com.netease.cns.proton.server.utils.HelperUtils.getIp4NetworkProtoBuf(HelperUtils.java:194)

事实上，我们本来已经对这个cidr参数进行了一些异常值的测试。包括：

"cidr": "20.256.0.0/16"    不规范的类型
"cidr": "20.ssss.0.0/16"  部分为字符串
"cidr": "ssssss"   全为字符串
"cidr": ""          为空

等等。可以发现，还是有部分特殊情形没有考虑到。

实例2

(hzx_env) hzhuangzhexiao@pubbeta1-nova10:~$ curl -i http://pubbeta1-iaas.service.163.org:9797/v2.0/security-group-rules.json -X POST -H "X-Auth-Token: af75ed821eeb4d5c9e88fb4ba804ff48" -H "Content-Type: application/json" -H "Accept: application/json" -H "User-Agent: python-protonclient" -d '{"security_group_rule": {"direction": "ingress", "protocol": "tcp", "ethertype": "IPv4", "port_range_max": "6660", "security_group_id": "48b9cc1e-53f8-4f7e-8983-bffb209153f3", "port_range_min": "80", "remote_ip_prefix": "0.0.0.0/"}}'
HTTP/1.1 500 
Content-Type: application/json;charset=ISO-8859-1
Content-Length: 6310
Date: Tue, 14 Nov 2017 05:59:10 GMT
Connection: close

An unknown exception occurred.
java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 1
    at com.netease.cns.proton.server.service.SecurityGroupServiceImpl.validateIpPrefix(SecurityGroupServiceImpl.java:385)
    at com.netease.cns.proton.server.service.SecurityGroupServiceImpl.createSecurityGroupRule(SecurityGroupServiceImpl.java:228)
    at sun.reflect.GeneratedMethodAccessor385.invoke(Unknown Source)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)

我把程序构造的部分异常打印出来，可以看到类型还是很丰富的。

{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1D, "admin_state_up"_ true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test-1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_utrue}}
{"network-": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_uuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuup": true}}{"network": {"cidr": "20.1.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", : tru}e}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vp¸-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1"ՠ: true}}
{"network": {"cdr": "20100..0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_stap"::: true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up":} true}}
{"neeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeetwork": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up""admin_state_up""admin_state_up""admin_state_up""admin_state_up""admin_state_up""admin_s,ate_up""admin_state_up""admin_state_up": true}}
{"network": }
"n{et���: r{"cidr": "0.}0.0/-34359738368", "naD: true}}
{"network": }
{"[network": {"cidr": "20.-214748364800.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}{"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}{"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.1000.0/+.16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up""admin_state_up""admin_state_up": true}}
{"networ[k": {"cidr": "20.100.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/-4080", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.100.0.0/-4080", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_state_up": true}}
{"network": {"cidr": "20.-25500.0.0/16", "name": "hzx-vpc-test1", "admin_stateeeeeeeeeeeeeeeeeeeee_up": true}}