Fuzzing avec libFuzzer

Le fuzzing, qui fournit simplement des données potentiellement invalides, inattendues ou aléatoires en tant qu'entrée d'un programme, est un moyen extrêmement efficace de trouver des bogues dans de grands systèmes logiciels et constitue une partie importante du cycle de vie du développement logiciel.

Le système de construction d'Android prend en charge le fuzzing grâce à l'inclusion de libFuzzer du projet d'infrastructure du compilateur LLVM. LibFuzzer est lié à la bibliothèque testée et gère tous les rapports de sélection d'entrée, de mutation et de plantage qui se produisent pendant une session de fuzzing. Les désinfectants de LLVM sont utilisés pour faciliter la détection de la corruption de la mémoire et les métriques de couverture de code.

Cet article fournit une introduction à libFuzzer sur Android et comment effectuer une construction instrumentée. Il comprend également des instructions pour écrire, exécuter et personnaliser les fuzzers.

Configurer et construire

Pour vous assurer qu'une image de travail s'exécute sur un appareil, vous pouvez télécharger une image d'usine et flasher l'appareil. Vous pouvez également télécharger le code source AOSP et suivre l'exemple de configuration et de construction ci-dessous.

Exemple de configuration

Cet exemple suppose que le périphérique cible est un Pixel ( taimen ) et est déjà préparé pour le débogage USB ( aosp_taimen-userdebug ). Vous pouvez télécharger d'autres binaires Pixel à partir des binaires du pilote .

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

Exemple de construction

La première étape de l'exécution des cibles fuzz est d'obtenir une nouvelle image système. Nous vous recommandons d'être au moins sur la dernière version de développement d'Android.

  1. Effectuez la construction initiale en émettant:
    m
  2. Pour vous permettre de flasher votre appareil, démarrez votre appareil en mode de démarrage rapide à l'aide de la combinaison de touches appropriée .
  3. Déverrouillez le chargeur de démarrage et flashez l'image nouvellement compilée avec les commandes suivantes.
    fastboot oem unlock
    fastboot flashall
    

Le périphérique cible devrait maintenant être prêt pour le fuzzing de libFuzzer.

Ecrire un fuzzer

Pour illustrer l'écriture d'un fuzzer de bout en bout à l'aide de libFuzzer sous Android, utilisez le code vulnérable suivant comme cas de test. Cela permet de tester le fuzzer, de s'assurer que tout fonctionne correctement et d'illustrer à quoi ressemblent les données de crash.

Voici la fonction de test.

#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
}

Pour créer et exécuter ce fuzzer de test:

  1. Une cible fuzz se compose de deux fichiers: un fichier de construction et le code source de la cible fuzz. Créez vos fichiers dans un emplacement à côté de la bibliothèque que vous fuzzing. Donnez au fuzzer un nom qui décrit ce que fait le fuzzer.
  2. Ecrivez une cible fuzz en utilisant libFuzzer. La cible fuzz est une fonction qui prend un blob de données d'une taille spécifiée et le transmet à la fonction à effacer. Voici un fuzzer de base pour la fonction de test vulnérable:
    #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. Dites au système de construction d'Android de créer le binaire fuzzer. Pour créer le fuzzer, ajoutez ce code au fichier Android.bp :
    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. Pour faire le fuzzer pour l'exécution sur la cible (périphérique):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
    
  5. Pour rendre le fuzzer pour l'exécution sur l'hôte:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
    

Pour plus de commodité, définissez des variables shell contenant le chemin de votre cible fuzz et le nom du binaire (à partir du fichier de construction que vous avez écrit précédemment).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Après avoir suivi ces étapes, vous devriez avoir un fuzzer intégré. L'emplacement par défaut du fuzzer (pour cet exemple de construction Pixel) est:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT / data / fuzz / $ TARGET_ARCH / $ FUZZER_NAME / $ FUZZER_NAME pour l'appareil.
  • $ ANDROID_HOST_OUT / fuzz / $ TARGET_ARCH / $ FUZZER_NAME / $ FUZZER_NAME pour l'hôte.
  • Exécutez votre fuzzer sur l'hôte

  • Ajoutez à votre fichier de construction Android.bp:
    host_supported: true,
    Notez que cela ne peut être appliqué que si la bibliothèque que vous souhaitez fuzz est prise en charge par l'hôte.
  • Exécutez le fuzzer sur l'hôte en exécutant simplement le binaire intégré du fuzzer:
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME
  • Exécutez votre fuzzer sur l'appareil

    Nous souhaitons le copier sur votre appareil à l'aide d' adb .

    1. Pour télécharger ces fichiers dans un répertoire de l'appareil, exécutez ces commandes:
      adb root
      adb sync data
       
    2. Exécutez le fuzzer de test sur l'appareil avec cette commande:
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
        /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Il en résulte une sortie similaire à l'exemple de sortie ci-dessous.

    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
    

    Dans l'exemple de sortie, le plantage a été causé par fuzz_me_fuzzer.cpp à la ligne 10:

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

    Il s'agit d'une simple lecture hors limites si les données sont de longueur 3.

    Après avoir exécuté votre fuzzer, la sortie entraîne souvent un plantage et l'entrée incriminée est enregistrée dans le corpus et reçoit un identifiant. Dans l'exemple de sortie, il s'agit de crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Pour récupérer les informations de plantage lors du fuzzing sur l'appareil, exécutez cette commande en spécifiant votre ID de plantage:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Notez que pour obtenir les tests à enregistrer dans le bon répertoire, vous pouvez utiliser le dossier corpus (comme dans l'exemple ci-dessus) ou utiliser l'argument artifact_prefix (par exemple `-artifact_prefix = / data / fuzz / where / my / crashes / go »).

    Lors du fuzzing sur l'hôte, les informations de plantage apparaissent dans le dossier crash du dossier local où le fuzzer est exécuté.

    Pour plus d'informations sur libFuzzer, consultez la documentation en amont .