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Fuzz con libFuzzer

Fuzzing, que consiste simplemente en proporcionar datos potencialmente no válidos, inesperados o aleatorios datos como entrada para un programa, es una manera muy efectiva de encontrar errores en grandes sistemas de software y es una parte importante del desarrollo de software ciclo de vida del cliente.

El sistema de compilación de Android admite el fuzzing a través de la inclusión de libFuzzer de proyecto de infraestructura del compilador LLVM. LibFuzzer está vinculado con la biblioteca a prueba y controla todas las entradas. la selección, la mutación y los informes de fallos que se producen durante una sesión de fuzzing. Los limpiadores de LLVM se usan para ayudar en la detección de daños en la memoria y en el código métricas de cobertura.

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

Configuración y compilación

Para asegurarte de que tienes una imagen que funciona en ejecución en un dispositivo, puedes descargar una fábrica imagen y escribe el dispositivo en la memoria flash. También puedes descargar la fuente de AOSP y sigue el ejemplo de configuración y compilación que se muestra a continuación.

Ejemplo de configuración

En este ejemplo, se supone que el dispositivo de destino es un Pixel (taimen) y es ya está preparado para la depuración por USB (aosp_taimen-userdebug). Tú puede descargar otros objetos binarios de Pixel desde los binarios del controlador.

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 main
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 compilación

El primer paso para ejecutar objetivos de fuzz es obtener una imagen del sistema nueva. Mié te recomendamos contar con la versión de desarrollo más reciente de Android.

Para realizar la compilación inicial, emite lo siguiente:
```
m
```
Para escribir en la memoria flash del dispositivo, inícialo en Modo fastboot [Fastboot mode] con los apropiados combinación de teclas.
Desbloquea el bootloader y escribe lo siguiente en la memoria flash de la imagen recién compilada con la siguiente información: con comandos de SQL sencillos.
```
fastboot oem unlock
fastboot flashall
```

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

Escribe un fuzzer

Para ilustrar cómo se escribe un fuzzer de extremo a extremo usando libFuzzer en Android, usa el seguir el código vulnerable como caso de prueba. Esto ayuda a probar el fuzzer. todo funciona correctamente y, además, muestra cómo se ven los datos de fallas.

Esta es 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 compilar y ejecutar este fuzzer de prueba, haz lo siguiente:

Un destino de fuzz consta de dos archivos: un archivo de compilación y el código fuente de destino de fuzz. Crea los archivos en una ubicación junto a la biblioteca en la que realizas el fuzzing. Dale al fuzzer un que describe lo que hace el fuzzer.
Escribe un objetivo de fuzzing con libFuzzer. El objetivo de fuzz es una función que toma un BLOB de datos de un tamaño especificado y lo pasa a la función para que furioso. Este es 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);
}
```

Indica al sistema de compilación de Android que cree el objeto binario del fuzzer. Para compilar el fuzzer, agrega este código al archivo 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",
}

Sigue estos pasos para que el fuzzer se ejecute en el objetivo (dispositivo):
```
SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
```
Para hacer que el fuzzer se ejecute en el host, haz lo siguiente:
```
SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
```

Para mayor comodidad, define algunas variables de shell que contengan la ruta de acceso al fuzz. el destino y el nombre del objeto binario (del archivo de compilación que escribiste antes).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Después de seguir estos pasos, deberías tener un fuzzer compilado. Predeterminado La ubicación del fuzzer (para este ejemplo de compilación de Pixel) es la siguiente:

$ANDROID_PRODUCT_OUT/data/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME para dispositivo.

$ANDROID_HOST_OUT/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME para el anfitrión.

Ejecuta el fuzzer en el host

Agrega lo siguiente a tu archivo de compilación Android.bp:

host_supported: true,

Ten en cuenta que esto se puede aplicar solo si la biblioteca que quieres fuzzing está alojada. no es compatible.

Ejecuta el fuzzer en el host ejecutando simplemente el objeto binario del fuzzer compilado:

$ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

Ejecuta el fuzzer en el dispositivo

Queremos copiar esto en tu dispositivo usando adb.

Para subir estos archivos a un directorio en el dispositivo, ejecuta estos comandos:
```
adb root
adb sync data
```

Ejecuta el fuzzer de prueba en el dispositivo con el siguiente 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 un resultado similar al resultado 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 el resultado de ejemplo, fuzz_me_fuzzer.cpp causó la falla en la línea 10:

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

Esta es una lectura directa y fuera de los límites si data tiene una longitud 3.

Después de ejecutar el fuzzer, el resultado suele generar una falla y la entrada se guarda en el corpus y se le asigna un ID. En el resultado de ejemplo, crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60

Para recuperar información de fallas durante el fuzzing en el dispositivo, ejecuta este comando: Especifica tu ID de falla:

adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID

Para que los casos de prueba se guarden en el directorio correcto, puedes usar el corpus, como en el ejemplo anterior, o usa el argumento artifact_prefix. (p.ej., `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes/go`).

Cuando realizas el fuzzing del host, la información sobre el error aparece en la carpeta de fallas en La carpeta local en la que se ejecuta el fuzzer

Genera cobertura de línea

La cobertura de línea es muy útil para los desarrolladores, ya que pueden identificar áreas del código que cubren y actualizan sus fuzzers según corresponda para llegar a esas áreas en futuras ejecuciones de fuzzing.

Para generar informes de cobertura del fuzzer, sigue estos pasos :

CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

Después de enviar el fuzzer y sus dependencias al dispositivo, ejecuta el objetivo de fuzz con LLVM_PROFILE_FILE de la siguiente manera:

DEVICE_TRACE_PATH=/data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/${FUZZER_NAME}/data.profraw
adb shell LLVM_PROFILE_FILE=${DEVICE_TRACE_PATH} /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/${FUZZER_NAME}/${FUZZER_NAME} -runs=1000

Para generar el informe de cobertura, primero extrae el archivo profraw del dispositivo y, luego, genera el informe html en una carpeta llamada connection-html, como se muestra a continuación:

adb pull ${DEVICE_TRACE_PATH} data.profraw
llvm-profdata merge --sparse data.profraw --output data.profdata
llvm-cov show --format=html --instr-profile=data.profdata \
  symbols/data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/${FUZZER_NAME}/${FUZZER_NAME} \
  --output-dir=coverage-html --path-equivalence=/proc/self/cwd/,$ANDROID_BUILD_TOP

Para obtener más información sobre libFuzzer, consulta la documentación ascendente.