Fuzz con libFuzzer

Il fuzzing, che consiste semplicemente nel fornire dati potenzialmente non validi, imprevisti o casuali come input a un programma, è un modo estremamente efficace per trovare bug in grandi sistemi software ed è una parte importante del ciclo di vita dello sviluppo del software.

Il sistema di compilazione di Android supporta il fuzzing tramite l'inclusione di libFuzzer dal progetto di infrastruttura del compilatore LLVM. LibFuzzer è collegato alla libreria in test e gestisce tutta la selezione, la mutazione e la generazione di report sugli arresti anomali degli input che si verificano durante una sessione di fuzzing. I programmi di sanitizzazione di LLVM vengono utilizzati per facilitare il rilevamento della corruzione della memoria e le metriche di copertura del codice.

Questo articolo fornisce un'introduzione a libFuzzer su Android e spiega come eseguire una compilazione con strumenti. Include anche istruzioni per scrivere, eseguire e personalizzare i fuzzer.

Configurazione e compilazione

Per assicurarti di avere un'immagine funzionante su un dispositivo, puoi scaricare un'immagine di fabbrica ed eseguire il flashing del dispositivo. In alternativa, puoi scaricare il codice sorgente AOSP e seguire l'esempio di configurazione e compilazione riportato di seguito.

Esempio di configurazione

Questo esempio presuppone che il dispositivo di destinazione sia un Pixel (taimen) e sia già preparato per il debug USB (aosp_taimen-userdebug). Puoi scaricare altri binari di Pixel da Binari del driver. 

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

Esempio di compilazione

Il primo passaggio per eseguire i target di fuzz è ottenere un'immagine di sistema aggiornata. È consigliabile utilizzare almeno la versione di sviluppo più recente di Android.

  1. Esegui la build iniziale emettendo il seguente comando: 
    m
  2. Per poter eseguire il flashing del dispositivo, avvialo in modalità Fastboot utilizzando la combinazione di tasti appropriata.
  3. Sblocca il bootloader e esegui il flashing dell'immagine appena compilata con i seguenti comandi. 
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

Il dispositivo di destinazione dovrebbe ora essere pronto per il fuzzing di libFuzzer.

Scrivere un fuzzer

Per illustrare la scrittura di un fuzzer end-to-end che utilizza libFuzzer in Android, utilizza il seguente codice vulnerabile come test case. In questo modo puoi testare il fuzzer, assicurarti che tutto funzioni correttamente e illustrare la forma dei dati sugli arresti anomali.

Ecco la funzione di 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
}

Per creare ed eseguire questo fuzzer di test:

  1. Un target di fuzz è costituito da due file: un file di compilazione e il codice sorgente del target di fuzz. Crea i file in una posizione accanto alla raccolta di cui stai eseguendo il fuzzing. Assegna al fuzzer un nome che descriva la sua funzione.
  2. Scrivi un target di fuzz utilizzando libFuzzer. Il target di fuzz è una funzione che prende un blob di dati di una dimensione specificata e lo passa alla funzione da sottoporre a fuzzing. Ecco un fuzzer di base per la funzione di test vulnerabile: 
    #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. Chiedi al sistema di compilazione di Android di creare il file binario del fuzzer. Per compilare il fuzzer, aggiungi questo codice al file 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. Per eseguire il fuzzer sul target (dispositivo): 
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Per eseguire il fuzzer sull'host: 
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Per praticità, definisci alcune variabili shell contenenti il percorso del target di fuzz e il nome del file binario (dal file di compilazione che hai scritto in precedenza).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Dopo aver seguito questi passaggi, dovresti avere un fuzzer creato. La posizione predefinita per il fuzzer (in questo esempio la build di Pixel) è:

  • $ANDROID_PRODUCT_OUT/data/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME per il dispositivo.
  • $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME per l'host.

    • Esegui il fuzzer sull'host

  • Aggiungi quanto segue al file di build Android.bp: 
    host_supported: true,
     Tieni presente che questa opzione può essere applicata solo se la libreria che vuoi sottoporre a fuzz è supportata dall'host.
  • Esegui il fuzzer sull'host semplicemente eseguendo il file binario del fuzzer compilato: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Esegui il fuzzer sul dispositivo

    Vogliamo copiarlo sul tuo dispositivo utilizzando adb.

    1. Per caricare questi file in una directory sul dispositivo, esegui questi comandi: 
      adb root
adb sync data
    2. Esegui il fuzzer di test sul dispositivo con questo comando: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    L'output sarà simile a quello dell'esempio riportato di seguito. 

    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

    Nell'output di esempio, l'arresto anomalo è stato causato da fuzz_me_fuzzer.cpp nella riga 10:

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

    Si tratta di una lettura fuori limite semplice se data ha una lunghezza pari a 3.

    Dopo aver eseguito il fuzzer, l'output spesso genera un arresto anomalo e l'input in violazione viene salvato nel corpus e gli viene assegnato un ID. Nell'output di esempio, è crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60.

    Per recuperare le informazioni sugli arresti anomali durante il fuzzing sul dispositivo, esegui questo comando, specificando l'ID arresto anomalo:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
     Tieni presente che per fare in modo che i test case vengano salvati nella directory corretta, puoi utilizzare la cartella corpus (come nell'esempio precedente) o l'argomento artifact_prefix (ad es. "-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes/go").

    Quando esegui il fuzzing sull'host, le informazioni sull'errore vengono visualizzate nella cartella degli errori nella cartella locale in cui viene eseguito il fuzzer.

    Genera copertura della linea

    La copertura delle righe è molto utile per gli sviluppatori, in quanto possono individuare le aree del codice non coperte e aggiornare di conseguenza i fuzzer per colpirle nelle future esecuzioni di fuzzing.

    1. Per generare report sulla copertura del fuzzer, svolgi i seguenti passaggi : 
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Dopo aver eseguito il push del fuzzer e delle relative dipendenze sul dispositivo, esegui il target di fuzz con LLVM_PROFILE_FILE come segue: 
      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. Genera il report sulla copertura estraendo prima il file profraw dal dispositivo e poi generando il report HTML in una cartella denominata coverage-html, come mostrato di seguito: 
      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

    Per ulteriori informazioni su libFuzzer, consulta la documentazione upstream.