Fuzzing z libFuzzer

Fuzzing, czyli po prostu dostarczanie potencjalnie nieprawidłowych, nieoczekiwanych lub losowych danych jako danych wejściowych do programu, jest niezwykle skutecznym sposobem znajdowania błędów w dużych systemach oprogramowania i stanowi ważną część cyklu życia oprogramowania.

System kompilacji Androida obsługuje fuzzowanie poprzez włączenie biblioteki libFuzzer z projektu infrastruktury kompilatora LLVM. LibFuzzer jest połączony z testowaną biblioteką i obsługuje cały wybór danych wejściowych, mutacje i raportowanie o awariach, które mają miejsce podczas sesji fuzzingu. Środki odkażające LLVM pomagają w wykrywaniu uszkodzeń pamięci i metrykach pokrycia kodu.

Ten artykuł zawiera wprowadzenie do libFuzzer na Androidzie i sposób wykonywania kompilacji instrumentalnej. Zawiera także instrukcje dotyczące pisania, uruchamiania i dostosowywania fuzzerów.

Skonfiguruj i zbuduj

Aby mieć pewność, że na urządzeniu działa działający obraz, możesz pobrać obraz fabryczny i sflashować urządzenie. Alternatywnie możesz pobrać kod źródłowy AOSP i postępować zgodnie z poniższym przykładem instalacji i kompilacji.

Przykład konfiguracji

W tym przykładzie założono, że urządzeniem docelowym jest Pixel ( taimen ) i jest już przygotowane do debugowania USB ( aosp_taimen-userdebug ). Możesz pobrać inne pliki binarne Pixela z plików binarnych sterowników .

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

Przykład budowy

Pierwszym krokiem uruchomienia celów fuzz jest uzyskanie świeżego obrazu systemu. Zalecamy korzystanie z co najmniej najnowszej wersji rozwojowej Androida.

  1. Wykonaj początkową kompilację, wydając:
    m
  2. Aby umożliwić flashowanie urządzenia, uruchom je w trybie szybkiego uruchamiania, używając odpowiedniej kombinacji klawiszy .
  3. Odblokuj bootloader i flashuj nowo skompilowany obraz za pomocą następujących poleceń.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

Urządzenie docelowe powinno być teraz gotowe do fuzzowania libFuzzer.

Napisz fuzzera

Aby zilustrować pisanie kompleksowego fuzzera przy użyciu biblioteki libFuzzer w systemie Android, użyj poniższego podatnego kodu jako przypadku testowego. Pomaga to przetestować fuzzer, upewnić się, że wszystko działa poprawnie i zilustrować, jak wyglądają dane o awariach.

Oto funkcja testowa.

#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
}

Aby zbudować i uruchomić ten testowy fuzzer:

  1. Cel fuzz składa się z dwóch plików: pliku kompilacji i kodu źródłowego celu fuzz. Utwórz swoje pliki w lokalizacji obok biblioteki, którą fuzzujesz. Nadaj fuzzerowi nazwę opisującą jego działanie.
  2. Napisz cel rozmyty za pomocą biblioteki libFuzer. Cel rozmyty to funkcja, która pobiera kroplę danych o określonym rozmiarze i przekazuje ją do funkcji, która ma zostać rozmyta. Oto podstawowy fuzzer dla podatnej na ataki funkcji testowej:
    #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. Powiedz systemowi kompilacji Androida, aby utworzył plik binarny fuzzera. Aby zbudować fuzzer, dodaj ten kod do pliku 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. Aby fuzzer działał na celu (urządzenie):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Aby fuzzer działał na hoście:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Dla wygody zdefiniuj kilka zmiennych powłoki zawierających ścieżkę do celu fuzz i nazwę pliku binarnego (z pliku kompilacji, który napisałeś wcześniej).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Po wykonaniu tych kroków powinieneś mieć wbudowany fuzzer. Domyślna lokalizacja fuzzera (w tym przykładzie Pixel) to:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME dla urządzenia.
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME dla hosta.

    • Uruchom swój fuzzer na hoście

  • Dodaj do pliku kompilacji Android.bp: 
    host_supported: true,
    Pamiętaj, że można to zastosować tylko wtedy, gdy biblioteka, którą chcesz fuzzować, jest obsługiwana przez hosta.
  • Uruchom fuzzer na hoście, po prostu uruchamiając zbudowany plik binarny fuzzera: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Uruchom fuzzer na urządzeniu

    Chcemy skopiować to na Twoje urządzenie za pomocą adb .

    1. Aby przesłać te pliki do katalogu na urządzeniu, uruchom następujące polecenia:
      adb root
adb sync data
    2. Uruchom testowy fuzzer na urządzeniu za pomocą tego polecenia: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Daje to wynik podobny do przykładowego wyniku poniżej.

    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

    W przykładowym wyniku awarię spowodował fuzz_me_fuzzer.cpp w linii 10:

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

    Jest to prosty odczyt wykraczający poza zakres, jeśli data mają długość 3.

    Po uruchomieniu fuzzera dane wyjściowe często kończą się awarią, a nieprawidłowe dane wejściowe są zapisywane w korpusie i otrzymują identyfikator. W przykładowym wyniku jest to crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Aby pobrać informacje o awarii podczas fuzzowania na urządzeniu, wydaj to polecenie, podając identyfikator awarii:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Pamiętaj, że aby przypadki testowe zostały zapisane we właściwym katalogu, możesz użyć folderu corpus (jak w powyższym przykładzie) lub użyć argumentu artifact_prefix (np. `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /idź`).

    Podczas fuzzowania na hoście informacja o awarii pojawia się w folderze awarii w folderze lokalnym, w którym uruchamiany jest fuzzer.

    Generuj pokrycie linii

    Pokrycie linii jest bardzo przydatne dla programistów, ponieważ mogą wskazać obszary w kodzie, które nie są pokryte, i odpowiednio zaktualizować swoje fuzzery, aby trafić w te obszary w przyszłych seriach fuzzowania.

    1. Aby wygenerować raporty zasięgu fuzzera, wykonaj następujące kroki:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Po wypchnięciu fuzzera i jego zależności na urządzenie uruchom cel fuzz z LLVM_PROFILE_FILE w następujący sposób:
      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. Utwórz raport zasięgu, najpierw wyciągając plik profraw z urządzenia, a następnie generując raport HTML do folderu o nazwie zasięg-html, jak pokazano poniżej:
      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

    Więcej informacji na temat libFuzzer można znaleźć w dokumentacji źródłowej .