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Fuzzing com libFuzzer

Fuzzing, que é simplesmente fornecer dados potencialmente inválidos, inesperados ou aleatórios como entrada para um programa, é uma maneira extremamente eficaz de encontrar bugs em grandes sistemas de software e é uma parte importante do ciclo de vida de desenvolvimento de software.

O sistema de compilação do Android suporta fuzzing por meio da inclusão de libFuzzer do projeto de infraestrutura do compilador LLVM. O LibFuzzer está vinculado à biblioteca em teste e lida com todas as seleções de entrada, mutações e relatórios de falhas que ocorrem durante uma sessão de fuzzing. Os sanitizadores do LLVM são usados ​​para auxiliar na detecção de corrupção de memória e nas métricas de cobertura de código.

Este artigo fornece uma introdução ao libFuzzer no Android e como executar uma compilação instrumentada. Ele também inclui instruções para escrever, executar e personalizar fuzzers.

Configurar e construir

Para garantir que você tenha uma imagem funcional em execução em um dispositivo, você pode baixar uma imagem de fábrica e fazer o flash do dispositivo. Como alternativa, você pode baixar o código-fonte do AOSP e seguir o exemplo de configuração e compilação abaixo.

Exemplo de configuração

Este exemplo assume que o dispositivo alvo é um Pixel ( taimen ) e já está preparado para depuração USB ( aosp_taimen-userdebug ). Você pode baixar outros binários do Pixel em 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

Exemplo de compilação

A primeira etapa da execução de alvos de fuzz é obter uma nova imagem do sistema. Recomendamos estar pelo menos na versão de desenvolvimento mais recente do Android.

  1. Execute a compilação inicial emitindo:
    m
  2. Para permitir que você atualize seu dispositivo, inicialize seu dispositivo no modo fastboot usando a combinação de teclas apropriada .
  3. Desbloqueie o bootloader e atualize a imagem recém-compilada com os seguintes comandos.
    fastboot oem unlock
    fastboot flashall
    

O dispositivo alvo agora deve estar pronto para fuzzing do libFuzzer.

Escreva um fuzzer

Para ilustrar a escrita de um fuzzer de ponta a ponta usando libFuzzer no Android, use o código vulnerável a seguir como um caso de teste. Isso ajuda a testar o fuzzer, garantir que tudo esteja funcionando corretamente e ilustrar a aparência dos dados de falha.

Aqui está a função de teste.

#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 e executar este fuzzer de teste:

  1. Um destino fuzz consiste em dois arquivos: um arquivo de compilação e o código-fonte do destino fuzz. Crie seus arquivos em um local próximo à biblioteca que você está fuzzing. Dê ao fuzzer um nome que descreva o que o fuzzer faz.
  2. Escreva um alvo fuzz usando libFuzzer. O destino fuzz é uma função que recebe um blob de dados de um tamanho especificado e o passa para a função a ser fuzzed. Aqui está um fuzzer básico para a função de teste vulnerável:
    #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. Diga ao sistema de compilação do Android para criar o binário fuzzer. Para construir o fuzzer, adicione este código ao arquivo Android.bp: 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. Para fazer o fuzzer rodar no destino (Dispositivo):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
    
  5. Para fazer o fuzzer rodar no host:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
    

Por conveniência, defina algumas variáveis ​​de shell contendo o caminho para seu destino fuzz e o nome do binário (do arquivo de compilação que você escreveu anteriormente).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Depois de seguir essas etapas, você deve ter um fuzzer integrado. O local padrão para o fuzzer (para este exemplo de compilação do Pixel) é:

  • $ 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.
  • Execute seu fuzzer no host

  • Adicione ao seu arquivo de compilação Android.bp:
    host_supported: true,
    Observe que isso pode ser aplicado somente se a biblioteca que você deseja fuzz for suportada pelo host.
  • Execute o fuzzer no host simplesmente executando o binário fuzzer construído:
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME
  • Execute seu fuzzer no dispositivo

    Queremos copiar isso para o seu dispositivo usando adb .

    1. Para fazer upload desses arquivos para um diretório no dispositivo, execute estes comandos:
      adb root
      adb sync data
       
    2. Execute o fuzzer de teste no dispositivo com 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

    Isso resulta em uma saída semelhante à saída de exemplo abaixo.

    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
    

    Na saída de exemplo, a falha foi causada por fuzz_me_fuzzer.cpp na linha 10:

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

    Esta é uma leitura direta fora dos limites se Data for de comprimento 3.

    Depois de executar o fuzzer, a saída geralmente resulta em uma falha e a entrada incorreta é salva no corpus e recebe um ID. Na saída de exemplo, é crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Para recuperar informações de falha ao fuzzing no dispositivo, emita este comando, especificando seu ID de falha:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Observe que para salvar os casos de teste no diretório correto, você pode usar a pasta corpus (como no exemplo acima) ou usar o argumento attribute_prefix (por exemplo, `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /go`).

    Ao fuzzing no host, as informações de travamento aparecem na pasta de travamento na pasta local onde o fuzzer está sendo executado.

    Para obter mais informações sobre libFuzzer, consulte a documentação upstream .