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Fuzzing con libFuzzer

Fuzzing, que simplemente proporciona datos potencialmente inválidos, inesperados o aleatorios como entrada a un programa, es una forma extremadamente eficaz de encontrar errores en grandes sistemas de software y es una parte importante del ciclo de vida del desarrollo de software.

El sistema de compilación de Android admite fuzzing mediante la inclusión de libFuzzer del proyecto de proyecto de infraestructura del compilador LLVM. LibFuzzer está vinculado con la biblioteca bajo prueba y maneja toda la selección de entrada, mutación y reportes de fallas que ocurren durante una sesión de fuzzing. Los desinfectantes de LLVM se utilizan para ayudar en la detección de daños en la memoria y las métricas de cobertura de código.

Este artículo proporciona una introducción a libFuzzer en Android y cómo realizar una compilación instrumentada. También incluye instrucciones para escribir, ejecutar y personalizar fuzzers.

Configurar y construir

Para asegurarse de tener una imagen funcional ejecutándose en un dispositivo, puede descargar una imagen de fábrica y flashear el dispositivo. Alternativamente, puede descargar el código fuente de AOSP y seguir el ejemplo de configuración y compilación a continuación.

Ejemplo de configuración

Este ejemplo asume que el dispositivo de destino es un Pixel ( taimen ) y ya está preparado para la depuración USB ( aosp_taimen-userdebug ). Puede descargar otros binarios de Pixel desde Driver Binaries .

mkdir ~/bin
export PATH=~/bin:$PATH
curl https://storage.googleapis.com/git-repo-downloads/repo > ~/bin/repo
chmod a+x ~/bin/repo
repo init -u https://android.googlesource.com/platform/manifest -b master
repo sync -c -j8
wget https://dl.google.com/dl/android/aosp/google_devices-taimen-qq1a.191205.008-f4537f93.tgz
tar xvf google_devices-taimen-qq1a.191205.008-f4537f93.tgz
./extract-google_devices-taimen.sh
wget https://dl.google.com/dl/android/aosp/qcom-taimen-qq1a.191205.008-760afa6e.tgz
tar xvf qcom-taimen-qq1a.191205.008-760afa6e.tgz
./extract-qcom-taimen.sh
. build/envsetup.sh
lunch aosp_taimen-userdebug

Ejemplo de construcción

El primer paso para ejecutar objetivos fuzz es obtener una imagen nueva del sistema. Recomendamos estar al menos en la última versión de desarrollo de Android.

  1. Realice la compilación inicial emitiendo:
    m
  2. Para permitirle flashear su dispositivo, inicie su dispositivo en modo fastboot usando la combinación de teclas apropiada .
  3. Desbloquee el gestor de arranque y actualice la imagen recién compilada con los siguientes comandos.
    fastboot oem unlock
    fastboot flashall
    

El dispositivo de destino ahora debería estar listo para libFuzzer fuzzing.

Escribe un fuzzer

Para ilustrar la escritura de un fuzzer de un extremo a otro usando libFuzzer en Android, use el siguiente código vulnerable como caso de prueba. Esto ayuda a probar el fuzzer, garantizar que todo funcione correctamente e ilustrar cómo se ven los datos de fallas.

Aquí está la función de prueba.

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
bool FuzzMe(const char *Data, size_t DataSize) {
    return DataSize >= 3  &&
           Data[0] == 'F' &&
           Data[1] == 'U' &&
           Data[2] == 'Z' &&
           Data[3] == 'Z';  // ← Out of bounds access
}

Para construir y ejecutar este fuzzer de prueba:

  1. Un destino fuzz consta de dos archivos: un archivo de compilación y el código fuente del destino fuzz. Cree sus archivos en una ubicación junto a la biblioteca que está buscando. Dale al difusor un nombre que describa lo que hace.
  2. Escriba un objetivo de fuzz usando libFuzzer. El destino de fuzz es una función que toma un blob de datos de un tamaño específico y lo pasa a la función para ser fuzzed. Aquí hay un fuzzer básico para la función de prueba vulnerable:
    #include <stddef.h>
    #include <stdint.h>
    
    extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const char *data, size_t size) {
      // ...
      // Use the data to call the library you are fuzzing.
      // ...
      return FuzzMe(data, size);
    }
    
  3. Dile al sistema de compilación de Android que cree el binario fuzzer. Para construir el fuzzer, añadir este código a la Android.bp archivo:
    cc_fuzz {
      name: "fuzz_me_fuzzer",
      srcs: [
        "fuzz_me_fuzzer.cpp",
      ],
      // If the fuzzer has a dependent library, uncomment the following section and
      // include it.
      // static_libs: [
      //   "libfoo", // Dependent library
      // ],
      //
      // The advanced features below allow you to package your corpus and
      // dictionary files during building. You can find more information about
      // these features at:
      //  - Corpus: https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html#corpus
      //  - Dictionaries: https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html#dictionaries
      // These features are not required for fuzzing, but are highly recommended
      // to gain extra coverage.
      // To include a corpus folder, uncomment the following line.
      // corpus: ["corpus/*"],
      // To include a dictionary, uncomment the following line.
      // dictionary: "fuzz_me_fuzzer.dict",
    }
    
  4. Para hacer que el fuzzer se ejecute en el objetivo (dispositivo):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
    
  5. Para hacer que el fuzzer se ejecute en el host:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
    

Para mayor comodidad, defina algunas variables de shell que contengan la ruta a su destino fuzz y el nombre del binario (del archivo de compilación que escribió anteriormente).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Después de seguir estos pasos, debería tener un fuzzer incorporado. La ubicación predeterminada para el fuzzer (para este ejemplo de compilación de píxeles) es:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT / data / fuzz / $ TARGET_ARCH / $ FUZZER_NAME / $ FUZZER_NAME para dispositivo.
  • $ ANDROID_HOST_OUT / fuzz / $ TARGET_ARCH / $ FUZZER_NAME / $ FUZZER_NAME para host.
  • Ejecute su fuzzer en el host

  • Agregue a su archivo de compilación Android.bp:
    host_supported: true,
    Tenga en cuenta que esto solo se puede aplicar si la biblioteca que desea fuzz es compatible con el host.
  • Ejecute el fuzzer en el host simplemente ejecutando el binario del fuzzer integrado:
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME
  • Ejecute su fuzzer en el dispositivo

    Queremos copiar esto en su dispositivo usando adb .

    1. Para cargar estos archivos en un directorio del dispositivo, ejecute estos comandos:
      adb root
      adb sync data
       
    2. Ejecute el fuzzer de prueba en el dispositivo con este comando:
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
        /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Esto da como resultado una salida similar a la salida de ejemplo a continuación.

    INFO: Seed: 913963180
    INFO: Loaded 2 modules   (16039 inline 8-bit counters): 16033 [0x7041769b88, 0x704176da29), 6 [0x60e00f4df0, 0x60e00f4df6),
    INFO: Loaded 2 PC tables (16039 PCs): 16033 [0x704176da30,0x70417ac440), 6 [0x60e00f4df8,0x60e00f4e58),
    INFO: -max_len is not provided; libFuzzer will not generate inputs larger than 4096 bytes
    INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
    #2	INITED cov: 5 ft: 5 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
    #10	NEW    cov: 6 ft: 6 corp: 2/4b lim: 4 exec/s: 0 rss: 24Mb L: 3/3 MS: 3 CopyPart-ChangeByte-InsertByte-
    #712	NEW    cov: 7 ft: 7 corp: 3/9b lim: 8 exec/s: 0 rss: 24Mb L: 5/5 MS: 2 InsertByte-InsertByte-
    #744	REDUCE cov: 7 ft: 7 corp: 3/7b lim: 8 exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3/3 MS: 2 ShuffleBytes-EraseBytes-
    #990	REDUCE cov: 8 ft: 8 corp: 4/10b lim: 8 exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3/3 MS: 1 ChangeByte-
    ==18631==ERROR: HWAddressSanitizer: tag-mismatch on address 0x0041e00b4183 at pc 0x0060e00c5144
    READ of size 1 at 0x0041e00b4183 tags: f8/03 (ptr/mem) in thread T0
        #0 0x60e00c5140  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf140)
        #1 0x60e00ca130  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x14130)
        #2 0x60e00c9b8c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x13b8c)
        #3 0x60e00cb188  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15188)
        #4 0x60e00cbdec  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15dec)
        #5 0x60e00d8fbc  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x22fbc)
        #6 0x60e00f0a98  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x3aa98)
        #7 0x7041b75d34  (/data/fuzz/arm64/lib/libc.so+0xa9d34)
    
    [0x0041e00b4180,0x0041e00b41a0) is a small allocated heap chunk; size: 32 offset: 3
    0x0041e00b4183 is located 0 bytes to the right of 3-byte region [0x0041e00b4180,0x0041e00b4183)
    allocated here:
        #0 0x70418392bc  (/data/fuzz/arm64/lib/libclang_rt.hwasan-aarch64-android.so+0x212bc)
        #1 0x60e00ca040  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x14040)
        #2 0x60e00c9b8c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x13b8c)
        #3 0x60e00cb188  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15188)
        #4 0x60e00cbdec  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15dec)
        #5 0x60e00d8fbc  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x22fbc)
        #6 0x60e00f0a98  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x3aa98)
        #7 0x7041b75d34  (/data/fuzz/arm64/lib/libc.so+0xa9d34)
        #8 0x60e00c504c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf04c)
        #9 0x70431aa9c4  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x519c4)
    
    Thread: T1 0x006700006000 stack: [0x007040c55000,0x007040d4ecc0) sz: 1023168 tls: [0x000000000000,0x000000000000)
    Thread: T0 0x006700002000 stack: [0x007fe51f3000,0x007fe59f3000) sz: 8388608 tls: [0x000000000000,0x000000000000)
    Memory tags around the buggy address (one tag corresponds to 16 bytes):
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       08  00  cf  08  dc  08  cd  08  b9  08  1a  1a  0b  00  04  3f
    => 27  00  08  00  bd  bd  2d  07 [03] 73  66  66  27  27  20  f6 <=
       5b  5b  87  87  03  00  01  00  4f  04  24  24  03  39  2c  2c
       05  00  04  00  be  be  85  85  04  00  4a  4a  05  05  5f  5f
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
       00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
    Tags for short granules around the buggy address (one tag corresponds to 16 bytes):
       04  ..  ..  cf  ..  dc  ..  cd  ..  b9  ..  ..  3f  ..  57  ..
    => ..  ..  21  ..  ..  ..  ..  2d [f8] ..  ..  ..  ..  ..  ..  .. <=
       ..  ..  ..  ..  9c  ..  e2  ..  ..  4f  ..  ..  99  ..  ..  ..
    See https://clang.llvm.org/docs/HardwareAssistedAddressSanitizerDesign.html#short-granules for a description of short granule tags
    Registers where the failure occurred (pc 0x0060e00c5144):
        x0  f8000041e00b4183  x1  000000000000005a  x2  0000000000000006  x3  000000704176d9c0
        x4  00000060e00f4df6  x5  0000000000000004  x6  0000000000000046  x7  000000000000005a
        x8  00000060e00f4df0  x9  0000006800000000  x10 0000000000000001  x11 00000060e0126a00
        x12 0000000000000001  x13 0000000000000231  x14 0000000000000000  x15 000e81434c909ede
        x16 0000007041838b14  x17 0000000000000003  x18 0000007042b80000  x19 f8000041e00b4180
        x20 0000006800000000  x21 000000000000005a  x22 24000056e00b4000  x23 00000060e00f5200
        x24 00000060e0128c88  x25 00000060e0128c20  x26 00000060e0128000  x27 00000060e0128000
        x28 0000007fe59f16e0  x29 0000007fe59f1400  x30 00000060e00c5144
    SUMMARY: HWAddressSanitizer: tag-mismatch (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf140)
    MS: 1 ChangeByte-; base unit: e09f9c158989c56012ccd88111b82f778a816eae
    0x46,0x55,0x5a,
    FUZ
    artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60
    Base64: RlVa
    

    En la salida de ejemplo, el bloqueo fue causado por fuzz_me_fuzzer.cpp en la línea 10:

          Data[3] == 'Z';  // :(
    

    Esta es una lectura directa fuera de límites si los datos tienen una longitud de 3.

    Después de ejecutar su fuzzer, la salida a menudo resulta en un bloqueo y la entrada ofensiva se guarda en el corpus y se le da una identificación. En la salida de ejemplo, es crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Para recuperar información de fallas al realizar fuzzing en el dispositivo, emita este comando, especificando su ID de fallas:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Tenga en cuenta que para que los casos de prueba se guarden en el directorio correcto, puede usar la carpeta corpus (como en el ejemplo anterior) o usar el argumento artifact_prefix (por ejemplo, `-artifact_prefix = / data / fuzz / where / my / crashes / go `).

    Al realizar fuzzing en el host, la información del bloqueo aparece en la carpeta de bloqueo de la carpeta local donde se ejecuta el fuzzer.

    Para obtener más información sobre libFuzzer, consulte la documentación anterior .