Mechanisms to improve fuzz testing for message brokers (2023)
- Authors:
- Autor USP: RODRIGUEZ, LUIS GUSTAVO ARAUJO - IME
- Unidade: IME
- Sigla do Departamento: MAC
- DOI: 10.11606/T.45.2023.tde-20122023-223756
- Subjects: INTERNET DAS COISAS; TESTE E AVALIAÇÃO DE SOFTWARE
- Keywords: Broker de mensagens; Fuzzing; IoT; Message broker; MQTT; Network protocols; Protocolos de rede; Publicação-assinatura; Publish-subscribe; Testes; Testing
- Language: Inglês
- Abstract: Os protocolos de publicação-assinatura têm desempenhado um papel fundamental no sucesso da Internet das Coisas. À medida que a Internet das Coisas se expande para novos usuários e ambientes, a necessidade de testar melhor os protocolos de publicação-assinatura torna-se ainda maior. No entanto, a área de testes para protocolos publicação-assinatura é pouco explorada, com poucos estudos que examinam estratégias eficazes para aumentar a confiabilidade e a robustez de brokers de mensagens contra pacotes malformados. Considerando que diversas falhas descobertas nos brokers são por causa de pacotes malformados, testes baseados em fuzzing surgiram como uma das técnicas mais importantes para mitigar esse problema. No entanto, o fuzzing enfrenta muitos desafios quando aplicado aos protocolos de publicação-assinatura, que se distinguem de outros protocolos por sua funcionalidade de publicação de mensagens e arquitetura orientada a eventos. Isso levanta a questão sobre se os desenvolvedores e as ferramentas baseadas em fuzzing (ou fuzzers) estão considerando os atributos exclusivos do padrão publicação-assinatura na hora de realizar os testes. O objetivo desta tese de doutorado é apresentar estratégias eficazes de fuzzing para os protocolos de publicação-assinatura, com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento de aplicações mais robustas na Internet das Coisas e Cidades Inteligentes. De acordo com as pesquisas preliminares, há uma falta de abordagens sistemáticas baseadas emfuzzing na literatura para testar os protocolos de publicação-assinatura. Além disso, MQTT se destaca como o protocolo de publicação-assinatura mais popular para o qual os desenvolvedores propuseram técnicas de fuzzing na literatura. Por tanto, MQTT oferece uma oportunidade de entender os requisitos e estratégias para testar efetivamente um protocolo de publicação-assinatura. Esta pesquisa de doutorado foi dividida em três fases. Na primeira fase, foi analisado se uma abordagem de fuzzing baseada em gramática pode ser aplicada a um protocolo de publicação-assinatura, entendendo assim os desafios e requisitos necessários. Assim, foi proposta uma metodologia e arquitetura para desenvolver um fuzzer baseado em gramática para testar um protocolo de publicação-assinatura. O resultado final é um fuzzer chamado MQTTGRAM, que foi então comparado com duas outras abordagens de fuzzing, e superou ambas, apesar de realizar menos testes. Na segunda fase, foi desenvolvida uma taxonomia que classifica todas as técnicas de fuzzing existentes para MQTT, das quais seis foram avaliadas em condições equivalentes para determinar se os desenvolvedores estão considerando os atributos exclusivos do padrão publicação-assinatura na hora de realizar os testes. Além disso, os fuzzers para MQTT foram avaliados em termos de testes de estresse. Na terceira fase, MQTTGRAM foi aprimorado, incorporando três elementos essenciais para testar os protocolos de publicação-assinatura: comunicação bidirecional;conhecimento de tópicos; e suporte a múltiplas versões. Esta pesquisa de doutorado fornece três contribuições principais: (1) o desenvolvimento e aprimoramento de uma abordagem de fuzzing baseada em gramática para um protocolo de publicação-assinatura; (2) taxonomia e avaliação de desempenho de fuzzers para MQTT em condições equivalentes; e (3) identificação de deficiências dos fuzzers para trabalhos futuros
- Imprenta:
- Data da defesa: 01.09.2023
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- Cor do Acesso Aberto: gold
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ABNT
RODRIGUEZ, Luis Gustavo Araujo. Mechanisms to improve fuzz testing for message brokers. 2023. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-20122023-223756/. Acesso em: 26 dez. 2025. -
APA
Rodriguez, L. G. A. (2023). Mechanisms to improve fuzz testing for message brokers (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-20122023-223756/ -
NLM
Rodriguez LGA. Mechanisms to improve fuzz testing for message brokers [Internet]. 2023 ;[citado 2025 dez. 26 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-20122023-223756/ -
Vancouver
Rodriguez LGA. Mechanisms to improve fuzz testing for message brokers [Internet]. 2023 ;[citado 2025 dez. 26 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/45/45134/tde-20122023-223756/
Informações sobre o DOI: 10.11606/T.45.2023.tde-20122023-223756 (Fonte: oaDOI API)
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