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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電機工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/102204
標題: EdgeFuzz:針對灰盒模糊測試優先篩選高價值的控制流路徑
EdgeFuzz: Prioritizing High-Value Control-Flow Edges in Greybox Fuzzing
作者: 李蒼易
Tsang-Yi Li
指導教授: 王凡
Farn Wang
關鍵字: 軟體測試,軟體安全灰盒測試
Software Testing,Software SecurityCoverage-Based Greybox Fuzzing
出版年 : 2026
學位: 碩士
摘要: 以覆蓋率為導向的灰盒模糊測試(Coverage-based grey-box fuzzing)已成為發現軟體漏洞的主流標準。雖然像 AFL++ 這類現代模糊測試工具依賴「邊緣覆蓋率(Edge coverage)」來引導程式探索,但它們主要採用「種子粒度(Seed-granularity)」的調度方式,將種子執行軌跡中的所有邊緣視為等值。這種粗粒度的方法忽略了單個控制流邊緣(Control-flow edges)在探索潛力上的差異,導致將變異能量(Mutation energy)低效地分配給那些回報遞減的「平庸」邊緣。
在本論文中,我們提出了 EdgeFuzz,這是一個將調度範式從「以種子為中心」轉向「以邊緣為中心」的創新模糊測試框架。EdgeFuzz 將模糊測試過程建模為「多臂老虎機(Multi-Armed Bandit, MAB)」問題,其中每個控制流邊緣代表一個「手臂」。透過利用「置信區間上界(UCB)演算法」,它能動態量化每個邊緣的探索潛力,並整合這些評分來優先處理那些經過「高價值且探索不足」路徑的種子。
此外,我們引入了一種「邊緣目標變異策略(Edge-targeted mutation strategy)」,用於學習輸入位元組與關鍵邊緣之間的映射關係,從而實現精確的結構化變異。我們在 AFL++ 的基礎上實現了 EdgeFuzz,並在 UniBench 測試集上對比了五款最先進的模糊測試工具。實驗結果顯示,相較於表現最優秀的基準工具,EdgeFuzz 的邊緣覆蓋率提升了高達 5.6\%,發現的唯一崩潰(Unique crashes)增加了 41.6\%,並額外識別出三個現實世界的漏洞。這些研究結果證實,細粒度且具備邊緣感知能力的饋送機制,能顯著提升模糊測試技術的效能。
Coverage-based grey-box fuzzing has established itself as the common standard for discovering software vulnerabilities. While modern fuzzers like AFL++ rely on edge coverage to guide exploration, they predominantly employ seed-granularity scheduling, treating all edges within a seed's execution trace as equally valuable. This coarse-grained approach fails to account for the heterogeneous exploration potential of individual control-flow edges, leading to the inefficient allocation of mutation energy to "common" edges that offer diminishing returns. In this paper, we present EDGEFUZZ, a novel fuzzing framework that shifts the scheduling paradigm from seed-centric to edge-centric. EDGEFUZZ models the fuzzing process as a Multi-Armed Bandit (MAB) problem where individual control-flow edges represent arms. By utilizing the Upper Confidence Bound (UCB) algorithm, it dynamically quantifies the exploration potential of each edge and aggregates these scores to prioritize seeds traversing high-value, under-explored paths. Furthermore, we introduce an edge-targeted mutation strategy that learns the mapping between input bytes and critical edges, enabling precise structural mutations. We implemented EDGEFUZZ on top of AFL++ and evaluated it against five state-of-the-art fuzzers on the UniBench suite. Experimental results indicate that EDGEFUZZ achieves an increase in edge coverage of up to 5.6%, reveals 41.6% more unique crashes, and identifies three additional real-world vulnerabilities when compared to the most effective baseline. These findings confirm that fine-grained, edge-aware feedback significantly enhances the efficacy of fuzzing techniques.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/102204
DOI: 10.6342/NTU202600849
全文授權: 同意授權(全球公開)
電子全文公開日期: 2026-04-09
顯示於系所單位:電機工程學系

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