Sparkplug B MQTT Security Fuzzer

Ein umfassendes Tool zur Sicherheitsbewertung für das Testen von Sparkplug B MQTT-Protokollimplementierungen. Der Fuzzer testet systematisch alle Protokollfelder über alle 9 Nachrichtentypen hinweg, entdeckt aktive Geräte im Netzwerk und erstellt detaillierte Protokolle zur Analyse.

Verantwortungsvolle Nutzung

Dieses Tool sendet fehlerhafte, Injection- und protokollverletzende MQTT-Nachrichten an einen Ziel-Broker. Führen Sie es nur gegen Systeme aus, die Ihnen gehören oder für die Sie eine ausdrückliche schriftliche Genehmigung zum Testen haben. Sparkplug B-Broker befinden sich häufig in OT/ICS-Umgebungen, in denen unerwartete Nutzdaten physische Prozesse stören können – gehen Sie davon aus, dass jedes Ziel in Produktionsnähe ist, sofern nicht anders nachgewiesen.

Wenn Sie mit diesem Tool eine Sicherheitslücke in einer Sparkplug B-Implementierung entdecken, befolgen Sie bitte die koordinierte Offenlegung mit dem betroffenen Anbieter. Um ein Sicherheitsproblem in diesem Tool selbst zu melden, siehe SECURITY.md.

Inhaltsverzeichnis

Überblick
Voraussetzungen
Installation
Schnellstart
Nutzung
Funktionsweise
Ausführen der Tests
Ausgabe und Log-Analyse
- Log-Format
- Ergebnisse analysieren
Protokollabdeckung
Architektur

Überblick

Die Sparkplug B-Spezifikation definiert einen Themen-Namespace und ein Nutzlastformat, das auf MQTT und Google Protocol Buffers für industrielle IoT-Umgebungen (IIoT) basiert. Dieser Fuzzer bewertet die Sicherheit und Robustheit von Sparkplug B-Implementierungen, indem er:

Testen aller 19 Metrikdatentypen mit Grenzwerten und Überlaufbedingungen
Einschleusen bösartiger Zeichenfolgen (XSS, SQLi, Formatstrings, Path Traversal, Command Injection)
Erzeugen von Typinkonsistenzen zwischen deklarierten Datentypen und tatsächlichen Protobuf-Wertfeldern
Verletzen der Protokoll-Zustandsmaschinen-Reihenfolge (Daten vor Birth, doppelte Births, Daten nach Death)
Korrumpieren serialisierter Protobuf-Nutzlasten auf binärer Ebene
Spoofing von Birth/Death-Zertifikaten für entdeckte Netzwerkgeräte
Fuzzing von MQTT-Topic-Namespaces mit Sonderzeichen, Groß-/Kleinschreibungsvarianten und strukturellen Verletzungen

Voraussetzungen

Python 3.8+
MQTT Broker — das zu testende Zielsystem (z.B. Mosquitto, HiveMQ, EMQX oder jeder Sparkplug B-fähige Broker)
Autorisierung — dieses Tool ist ausschließlich für autorisierte Sicherheitstests bestimmt

Installation

Auf modernen Debian/Ubuntu/Kali-Systemen (PEP-668) kann --setup nicht per pip install in das systemweite Python installieren – verwenden Sie stattdessen eine virtuelle Umgebung oder pipx. Der empfohlene Weg:```bash python3 -m venv .venv source .venv/bin/activate python3 sparkplug-fuzzer.py --setup

Oder führen Sie es mit `pipx run` aus, wenn Sie die Verwaltung der virtuellen Umgebung nicht selbst übernehmen möchten. Auf älteren Systemen ohne PEP-668-Erzwingung funktioniert `python3 sparkplug-fuzzer.py --setup` direkt.

`--setup` wird:
1. Pip-Abhängigkeiten installieren (`paho-mqtt`, `protobuf`)
2. Einen festgelegten Tag des [Eclipse Tahu](https://github.com/eclipse/tahu)-Repository klonen (siehe `TAHU_REF` im Skript)
3. Die Hilfsmodule `sparkplug_b.py` und `array_packer.py` kopieren
4. `sparkplug_b.proto` in Python-Bindungen kompilieren (verwendet `protoc` falls verfügbar, fällt auf `grpcio-tools` zurück)
5. Den Tahu-Klon bereinigen

Nach der Einrichtung sollte Ihr Verzeichnis Folgendes enthalten:```
sparkplug-fuzzer.py     # The fuzzer
sparkplug_b.py          # Sparkplug B helper module (from Tahu)
array_packer.py         # Array packing helper (from Tahu)
sparkplug_b_pb2.py      # Generated protobuf bindings
requirements.txt        # Python dependencies

Manuelle Einrichtung (falls --setup nicht funktioniert)

```bash pip install -r requirements.txt git clone https://github.com/eclipse/tahu.git cp tahu/python/core/sparkplug_b.py . cp tahu/python/core/array_packer.py . protoc --python_out=. sparkplug_b.proto rm -rf tahu ```

Schnellstart```bash

python3 sparkplug-fuzzer.py --setup # first-time setup python3 sparkplug-fuzzer.py -H localhost -p 1883 -v # run fuzzer

Dies wird:
1. Eine Verbindung zum Broker unter `localhost:1883` herstellen
2. 10 Sekunden lang zuhören, um vorhandene Sparkplug-Geräte zu erkennen
3. Den Fuzzer als Sparkplug-Knoten/Gerät einrichten
4. Alle 12 Fuzz-Kategorien (~635+ Testfälle) ausführen
5. Erkannte Geräte mit gefälschten Nachrichten angreifen
6. Ergebnisse in `sparkplug_fuzz.jsonl` schreiben

## Nutzung

### Kommandozeilenoptionen```
python3 sparkplug-fuzzer.py [OPTIONS]

Option	Standard	Beschreibung
`-H`, `--host`	`localhost`	Hostname oder IP des MQTT-Brokers
`-p`, `--port`	`1883` (oder `8883` mit `--tls`)	Port des MQTT-Brokers
`-u`, `--username`	Keiner	MQTT-Benutzername (liest auch Umgebungsvariable `MQTT_USERNAME`)
`-P`, `--password`	Keiner	MQTT-Passwort (liest auch `MQTT_PASSWORD`; `-` übergibt, um von stdin ohne Echo zu lesen)
`--tls`	aus	Verbindung über TLS; Standard-Port wird `8883`, wenn `-p` nicht gesetzt
`--cafile`	Keiner	CA-Bundle für TLS-Serverzertifikatsprüfung
`--insecure`	aus	TLS-Hostname-/Zertifikatsprüfung überspringen (nur Testzwecke)
`-g`, `--group`	`Sparkplug B Devices`	Sparkplug-Gruppen-ID, unter der sich der Fuzzer registriert
`-n`, `--node`	`FuzzNode`	Sparkplug-Edge-Node-ID für den Fuzzer
`-d`, `--device`	`FuzzDevice`	Sparkplug-Geräte-ID für den Fuzzer
`-c`, `--categories`	`all`	Leerzeichen-getrennte Liste der auszuführenden Fuzz-Kategorien
`--discovery-time`	`10`	Sekunden, um passiv auf Netzwerkerkennung zu lauschen
`--delay`	`0.1`	Verzögerung in Sekunden zwischen Fuzz-Nachrichten
`--probe-anon-write`	aus	Während der Erkennung ein QoS=1-Publish senden, um zu bestätigen, ob der Broker unauthentifiziertes PUBLISH akzeptiert
`-l`, `--log`	`sparkplug_fuzz.jsonl`	Name der Ausgabeprotokolldatei (relative Pfade landen in `--output-dir`; absolute Pfade werden unverändert übernommen)
`--output-dir`	`./sparkplug-runs/<UTC-ts>_<host>/`	Ausgabeverzeichnis pro Durchlauf. Wird erstellt, falls nicht vorhanden.
`-v`, `--verbose`	0	Konsolen-Ausführlichkeit erhöhen (`-v` = info, `-vv` = debug). `-vv` zeigt auch Fuzz-Generator-Überspringungen an, und der gedrosselte `paho.mqtt`-Logger wird je nach Ausführlichkeit auf INFO/DEBUG gesetzt.
`--setup`	—	Alle Abhängigkeiten installieren und beenden
`--tahu-path`	—	Pfad zu einem lokalen Klon von eclipse/tahu (oder dem `python/core`-Verzeichnis). Wird von `--setup` in abgeschotteten Umgebungen anstelle von `git clone` verwendet.
`--extra-string-payloads`	—	Pfad zu einer Datei mit zusätzlichen String-Injection-Payloads (eine pro Zeile, UTF-8). Wird an die integrierten `STRING_FUZZ_VALUES` angehängt; ersetzt diese nicht. Maximal 10 MB / 10.000 Payloads. Siehe Benutzerdefinierte String-Korpora.

sparkplugFuzzer

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