Fuzz با libFuzzer

Fuzzing، که صرفاً داده‌های بالقوه نامعتبر، غیرمنتظره یا تصادفی را به عنوان ورودی یک برنامه ارائه می‌کند، یک روش بسیار مؤثر برای یافتن اشکالات در سیستم‌های نرم‌افزاری بزرگ است و بخش مهمی از چرخه عمر توسعه نرم‌افزار است.

سیستم ساخت اندروید از fuzzing از طریق گنجاندن libFuzzer از پروژه زیرساخت کامپایلر LLVM پشتیبانی می کند. LibFuzzer با کتابخانه تحت آزمایش مرتبط است و تمام انتخاب ورودی، جهش و گزارش خرابی را که در طول یک جلسه فازی رخ می دهد، مدیریت می کند. ضدعفونی‌کننده‌های LLVM برای کمک به تشخیص خرابی حافظه و معیارهای پوشش کد استفاده می‌شوند.

در این مقاله مقدمه‌ای بر libFuzzer در اندروید و نحوه اجرای ساخت ابزار دقیق ارائه می‌شود. همچنین شامل دستورالعمل هایی برای نوشتن، اجرا، و سفارشی سازی fuzzer ها می باشد.

راه اندازی و ساخت

برای اطمینان از اینکه یک تصویر کار بر روی دستگاه اجرا می شود، می توانید یک تصویر کارخانه را دانلود کرده و دستگاه را فلش کنید. متناوباً، می‌توانید کد منبع AOSP را دانلود کنید و نمونه راه‌اندازی و ساخت زیر را دنبال کنید.

نمونه راه اندازی

این مثال فرض می‌کند که دستگاه مورد نظر یک پیکسل ( taimen ) است و از قبل برای اشکال‌زدایی USB آماده شده است ( aosp_taimen-userdebug ). می‌توانید باینری‌های Pixel دیگر را از Driver Binaries دانلود کنید. 

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

نمونه ساخت

اولین گام در اجرای اهداف فازی، دریافت یک تصویر جدید از سیستم است. توصیه می کنیم حداقل از آخرین نسخه توسعه اندروید استفاده کنید.

  1. ساخت اولیه را با صدور انجام دهید:
    m
  2. برای اینکه بتوانید دستگاه خود را فلش کنید، دستگاه خود را با استفاده از کلید ترکیبی مناسب به حالت فست بوت بوت کنید.
  3. بوت لودر را باز کنید و تصویر تازه کامپایل شده را با دستورات زیر فلش کنید.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

اکنون دستگاه مورد نظر باید برای fuzzing libFuzzer آماده باشد.

یک فوزر بنویسید

برای نشان دادن نوشتن یک fuzzer سرتاسر با استفاده از libFuzzer در اندروید، از کد آسیب پذیر زیر به عنوان یک مورد آزمایشی استفاده کنید. این کمک می کند تا fuzzer را آزمایش کنید، اطمینان حاصل کنید که همه چیز به درستی کار می کند، و نشان می دهد که داده های خرابی چگونه به نظر می رسند.

در اینجا تابع تست است.

#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
}

برای ساخت و اجرای این فازر آزمایشی:

  1. هدف فاز از دو فایل تشکیل شده است: یک فایل ساخت و کد منبع هدف فاز. فایل‌های خود را در مکانی در کنار کتابخانه‌ای که در حال تغییر دادن آن هستید، ایجاد کنید. نامی به fuzzer بدهید که توضیح دهد که fuzzer چه می کند.
  2. با استفاده از libFuzzer یک هدف فازی بنویسید. هدف فاز تابعی است که یک حباب از داده با اندازه مشخص را می گیرد و آن را به تابعی که قرار است فاز شود ارسال می کند. در اینجا یک fuzzer اساسی برای تابع تست آسیب پذیر آمده است:
    #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. به سیستم ساخت اندروید بگویید که باینری fuzzer را ایجاد کند. برای ساخت fuzzer، این کد را به فایل Android.bp اضافه کنید:
    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. برای ساخت فوزر برای اجرا روی هدف (دستگاه):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. برای ساخت fuzzer برای اجرا در میزبان:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

برای راحتی، چند متغیر پوسته شامل مسیر هدف فاز و نام باینری (از فایل ساختی که قبلا نوشتید) تعریف کنید.

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

پس از انجام این مراحل، باید یک فوزر ساخته شده داشته باشید. مکان پیش فرض برای fuzzer (برای مثال ساخت پیکسل) این است:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME برای دستگاه.
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME برای میزبان.

    • fuzzer خود را روی هاست اجرا کنید

  • به فایل ساخت Android.bp خود اضافه کنید: 
    host_supported: true,
    توجه داشته باشید که این تنها در صورتی می تواند اعمال شود که کتابخانه ای که می خواهید fuzz کنید از میزبان پشتیبانی شود.
  • fuzzer را روی میزبان به سادگی با اجرای باینری fuzzer ساخته شده اجرا کنید: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • fuzzer خود را روی دستگاه اجرا کنید

    ما می خواهیم این را با استفاده از adb در دستگاه شما کپی کنیم.

    1. برای آپلود این فایل ها در دایرکتوری روی دستگاه، این دستورات را اجرا کنید:
      adb root
adb sync data
    2. تست fuzzer را روی دستگاه با این دستور اجرا کنید: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    این منجر به خروجی مشابه خروجی نمونه زیر می شود.

    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

    در خروجی مثال، خرابی توسط fuzz_me_fuzzer.cpp در خط 10 ایجاد شده است:

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

    اگر طول data 3 باشد، این یک خواندن خارج از محدوده ساده است.

    پس از اجرای فوزر، خروجی اغلب منجر به خرابی می شود و ورودی متخلف در مجموعه ذخیره می شود و یک شناسه به آن داده می شود. در خروجی مثال، این crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 است.

    برای بازیابی اطلاعات خرابی هنگام fuzzing در دستگاه، این دستور را صادر کنید و شناسه خرابی خود را مشخص کنید:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    توجه داشته باشید که برای ذخیره کردن تست‌ها در دایرکتوری مناسب، می‌توانید از پوشه corpus (مانند مثال بالا) استفاده کنید یا از آرگومان artifact_prefix استفاده کنید (مثلا «-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes/go» ).

    هنگام fuzzing در میزبان، اطلاعات خرابی در پوشه خرابی در پوشه محلی که fuzzer در آن اجرا می شود ظاهر می شود.

    ایجاد پوشش خط

    پوشش خط برای توسعه دهندگان بسیار مفید است زیرا آنها می توانند مناطقی را در کد مشخص کنند که پوشش داده نشده است و بر اساس آن fuzzer های خود را به روز کنند تا در اجراهای فازی آینده به آن مناطق ضربه بزنند.

    1. به منظور تولید گزارش های پوشش fuzzer، مراحل زیر را اجرا کنید:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. پس از فشار دادن fuzzer و وابستگی های آن به دستگاه، هدف fuzz را با LLVM_PROFILE_FILE به صورت زیر اجرا کنید:
      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. گزارش پوشش را ابتدا با بیرون کشیدن فایل profraw از دستگاه و سپس تولید گزارش html در پوشه ای به نام coverage-html مطابق شکل زیر تهیه کنید:
      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

    برای اطلاعات بیشتر در مورد libFuzzer، به مستندات بالادستی مراجعه کنید.