libFuzzer ile fuzz testi yapma

Basitçe bir programa giriş olarak geçersiz, beklenmedik veya rastgele veriler sağlayan bulanıklık testi, büyük yazılım sistemlerinde hata bulmanın son derece etkili bir yoludur ve yazılım geliştirme yaşam döngüsünün önemli bir parçasıdır.

Android'in derleme sistemi, LLVM derleyici altyapısı projesinden libFuzzer'ı ekleyerek fuzzing'i destekler. LibFuzzer, test edilen kitaplığa bağlanır ve bir fuzzing oturumu sırasında gerçekleşen tüm giriş seçimi, mutasyon ve kilitlenme raporlamasını yönetir. LLVM'in temizleyicileri, bellek bozulmasını algılamaya ve kod kapsamı metriklerini belirlemeye yardımcı olmak için kullanılır.

Bu makalede, Android'de libFuzzer'a ve enstrümante edilmiş derlemenin nasıl yapılacağına dair bir giriş sunulmaktadır. Ayrıca, fuzzer yazma, çalıştırma ve özelleştirme talimatları da bu dokümanda yer alır.

Kurulum ve derleme

Bir cihazda çalışan bir görüntüye sahip olduğunuzdan emin olmak için fabrika görüntüsünü indirip cihazı flaşlayabilirsiniz. Alternatif olarak, AOSP kaynak kodunu indirip aşağıdaki kurulum ve derleme örneğini uygulayabilirsiniz.

Kurulum örneği

Bu örnekte, hedef cihazın Pixel (taimen) olduğu ve USB hata ayıklama için hazır olduğu (aosp_taimen-userdebug) varsayılmaktadır. Diğer Pixel ikililerini Sürücü İkilileri'nden indirebilirsiniz. 

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

Derleme örneği

Boşluk doldurma hedeflerini çalıştırmanın ilk adımı yeni bir sistem görüntüsü elde etmektir. Android'in en azından en son geliştirme sürümünü kullanmanız önerilir.

  1. Aşağıdaki komutu vererek ilk derlemeyi gerçekleştirin: 
    m
  2. Cihazınızın yanıp sönmesine izin vermek için uygun tuş kombinasyonunu kullanarak cihazınızı Fastboot moduna başlatın.
  3. Aşağıdaki komutları kullanarak önyükleyicinin kilidini açın ve yeni derlenmiş görüntüyü yükleyin. 
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

Hedef cihaz artık libFuzzer fuzzing için hazırdır.

Bir fuzzer yazma

Android'de libFuzzer kullanarak uçtan uca bir fuzzer yazmak için test olarak aşağıdaki güvenlik açığı bulunan kodu kullanın. Bu, fuzzer'ı test etmeye, her şeyin düzgün çalıştığından emin olmaya ve kilitlenme verilerinin nasıl göründüğünü göstermeye yardımcı olur.

Test işlevi aşağıda verilmiştir. 

#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
}

Bu test kusur tarayıcısını derleyip çalıştırmak için:

  1. Boşluk doldurma hedefi iki dosyadan oluşur: derleme dosyası ve boşluk doldurma hedefi kaynak kodu. Dosyalarınızı, fuzzing yaptığınız kitaplığın yanında bir konumda oluşturun. Boşluk doldurucuya, ne yaptığını açıklayan bir ad verin.
  2. libFuzzer'ı kullanarak bir fuzz hedefi yazın. Bulanıklaştırma hedefi, belirtilen boyuttaki bir veri kümesini alıp bulanıklaştırılacak işleve ileten bir işlevdir. Güvenlik açığı bulunan test işlevi için temel bir fuzzer aşağıda verilmiştir: 
    #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. Android'in derleme sistemine, fuzzer ikilisini oluşturmasını söyleyin. Boşluk doldurucusu oluşturmak için Android.bp dosyasına şu kodu ekleyin: 
    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. Boşluk doldurucuyu hedefte (cihaz) çalıştırmak için: 
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Fuzzer'ı ana makinede çalıştırmak için: 
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Kolaylık sağlamak için, fuzz hedefinizin yolunu ve ikili dosyanın adını (daha önce yazdığınız derleme dosyasından) içeren bazı kabuk değişkenleri tanımlayın.

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Bu adımları uyguladıktan sonra yerleşik bir fuzzer'ınız olur. Boşluk doldurucunun varsayılan konumu (bu örnekteki Pixel derlemesi için) şudur:

  • Cihaz için $ANDROID_PRODUCT_OUT/data/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME.
  • Ev sahibi için $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME.

    • Boşluk doldurma aracınızı ana makinede çalıştırma

  • Android.bp derleme dosyanıza şunları ekleyin: 
    host_supported: true,
     Bu işlemin yalnızca fuzz yapmak istediğiniz kitaplık barındırıcı tarafından destekleniyorsa uygulanabileceğini unutmayın.
  • Derlenmiş fuzzer ikilisini çalıştırarak fuzzer'ı ana makinede çalıştırın: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Cihazınızda fuzzer'ınızı çalıştırma

    Bu dosyayı adb kullanarak cihazınıza kopyalamak istiyoruz.

    1. Bu dosyaları cihazdaki bir dizine yüklemek için şu komutları çalıştırın: 
      adb root
adb sync data
    2. Test kusur ayıklama aracını cihazda şu komutla çalıştırın: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Bu işlem, aşağıdaki örnek çıkışa benzer bir çıkış verir. 

    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

    Örnek çıkışta kilitlenmeye 10. satırdaki fuzz_me_fuzzer.cpp neden olmuştur:

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

    data 3 uzunluğundaysa bu, açık bir şekilde sınır dışı okumadır.

    Boşluk doldurucunuzu çalıştırdıktan sonra çıkış genellikle kilitlenmeyle sonuçlanır ve soruna neden olan giriş, veri kümesine kaydedilir ve bir kimlik verilir. Örnek çıkışta bu değer crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60'tir.

    Cihaz üzerinde fuzzing yaparken kilitlenme bilgilerini almak için kilitlenme kimliğinizi belirterek şu komutu verin:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
     Test örneklerini doğru dizine kaydetmek için corpus klasörünü (yukarıdaki örnekte olduğu gibi) veya artifact_prefix bağımsız değişkenini (ör. `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes/go`) kullanabileceğinizi unutmayın.

    Ana makinede fuzzing yapılırken, fuzzer'ın çalıştırıldığı yerel klasördeki kilitlenme klasöründe kilitlenme bilgileri görünür.

    Satır kapsamı oluşturma

    Satır kapsamı, geliştiriciler için çok yararlıdır. Geliştiriciler, koddaki kapsam dışındaki alanları tespit edip gelecekteki fuzzing çalıştırmalarında bu alanları vurmak için fuzzer'larını buna göre güncelleyebilir.

    1. Boşluk doldurucu kapsam raporları oluşturmak için aşağıdaki adımları uygulayın : 
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Bulanıklaştırma aracını ve bağımlılarını cihaza gönderdikten sonra, bulanıklaştırma hedefini LLVM_PROFILE_FILE ile aşağıdaki gibi çalıştırın: 
      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

    3. Önce profraw dosyasını cihazdan alarak ve ardından html raporunu coverage-html adlı bir klasöre oluşturarak kapsam raporunu oluşturun. 
      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

    libFuzzer hakkında daha fazla bilgi için yukarı yönlü dokümanları inceleyin.