คลุมเครือด้วย libFuzzer

Fuzzing ซึ่งเป็นเพียงการให้ข้อมูลที่อาจไม่ถูกต้อง ไม่คาดคิด หรือสุ่มเป็นอินพุตไปยังโปรแกรม เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งในการค้นหาจุดบกพร่องในระบบซอฟต์แวร์ขนาดใหญ่ และเป็นส่วนสำคัญของวงจรชีวิตการพัฒนาซอฟต์แวร์

ระบบบิลด์ของ Android รองรับการคลุมเครือผ่านการรวม libFuzzer จากโครงการโครงการโครงสร้างพื้นฐานคอมไพเลอร์ LLVM LibFuzzer เชื่อมโยงกับไลบรารีที่อยู่ภายใต้การทดสอบ และจัดการการเลือกอินพุต การกลายพันธุ์ และการรายงานข้อขัดข้องทั้งหมดที่เกิดขึ้นระหว่างเซสชันที่ไม่ชัดเจน สารฆ่าเชื้อของ LLVM ใช้เพื่อช่วยในการตรวจจับความเสียหายของหน่วยความจำและการวัดการครอบคลุมโค้ด

บทความนี้ให้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับ libFuzzer บน Android และวิธีดำเนินการบิลด์แบบมีเครื่องมือ นอกจากนี้ยังมีคำแนะนำในการเขียน เรียกใช้ และปรับแต่ง fuzzers

ติดตั้งและสร้าง

เพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีอิมเมจที่ใช้งานได้บนอุปกรณ์ คุณสามารถดาวน์โหลด อิมเมจจากโรงงาน และแฟลชอุปกรณ์ได้ หรือคุณสามารถดาวน์โหลดซอร์สโค้ด AOSP แล้วทำตามตัวอย่างการตั้งค่าและบิลด์ด้านล่าง

ตัวอย่างการตั้งค่า

ตัวอย่างนี้ถือว่าอุปกรณ์เป้าหมายคือ Pixel ( taimen ) และเตรียมพร้อมสำหรับการดีบัก USB ( aosp_taimen-userdebug ) แล้ว คุณสามารถดาวน์โหลด Pixel binaries อื่นๆ ได้จาก Driver Binaries

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

สร้างตัวอย่าง

ขั้นตอนแรกของการรัน fuzz target คือการได้รับอิมเมจระบบใหม่ เราขอแนะนำให้ใช้ Android เวอร์ชันพัฒนาล่าสุดเป็นอย่างน้อย

  1. ดำเนินการสร้างเริ่มต้นโดยการออก:
    m
  2. เพื่อให้คุณสามารถแฟลชอุปกรณ์ได้ ให้บู๊ตอุปกรณ์เข้าสู่โหมด fastboot โดยใช้ คีย์ผสมที่เหมาะสม
  3. ปลดล็อค bootloader และแฟลชอิมเมจที่คอมไพล์ใหม่ด้วยคำสั่งต่อไปนี้
    fastboot oem unlock
    fastboot flashall
    

อุปกรณ์เป้าหมายควรพร้อมสำหรับการฟัซเซอร์ libFuzzer

เขียนฟัซเซอร์

เพื่อแสดงให้เห็นการเขียน fuzzer แบบ end-to-end โดยใช้ libFuzzer ใน Android ให้ใช้โค้ดที่มีช่องโหว่ต่อไปนี้เป็นกรณีทดสอบ ซึ่งจะช่วยทดสอบฟัซเซอร์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานอย่างถูกต้อง และแสดงให้เห็นว่าข้อมูลข้อขัดข้องมีลักษณะอย่างไร

นี่คือฟังก์ชั่นการทดสอบ

#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
}

วิธีสร้างและรัน fuzzer การทดสอบนี้:

  1. เป้าหมายฟัซซี่ประกอบด้วยสองไฟล์: ไฟล์บิลด์และซอร์สโค้ดเป้าหมายฟัซซี่ สร้างไฟล์ของคุณในตำแหน่งถัดจากไลบรารีที่คุณกำลังคลุมเครือ ตั้งชื่อให้ fuzzer เพื่ออธิบายสิ่งที่ fuzzer ทำ
  2. เขียนเป้าหมายคลุมเครือโดยใช้ libFuzzer เป้าหมายฟัซคือฟังก์ชันที่รับหยดข้อมูลที่มีขนาดที่ระบุและส่งผ่านไปยังฟังก์ชันที่จะฟัซ ต่อไปนี้เป็น fuzzer พื้นฐานสำหรับฟังก์ชันการทดสอบที่มีช่องโหว่:
    #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. บอกให้ระบบสร้างของ Android สร้างไบนารี fuzzer หากต้องการสร้าง fuzzer ให้เพิ่มโค้ดนี้ลงในไฟล์ 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. วิธีทำให้ fuzzer ทำงานบนเป้าหมาย (อุปกรณ์):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
    
  5. หากต้องการสร้าง fuzzer ให้ทำงานบนโฮสต์:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
    

เพื่อความสะดวก ให้กำหนดตัวแปรเชลล์บางตัวที่มีเส้นทางไปยังเป้าหมายฟัซซี่ของคุณและชื่อของไบนารี่ (จากไฟล์บิลด์ที่คุณเขียนไว้ก่อนหน้านี้)

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

หลังจากทำตามขั้นตอนเหล่านี้แล้ว คุณควรมีฟัซเซอร์ในตัว ตำแหน่งเริ่มต้นสำหรับ fuzzer (สำหรับตัวอย่าง Pixel build) คือ:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME สำหรับอุปกรณ์
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME สำหรับโฮสต์
  • เรียกใช้ fuzzer ของคุณบนโฮสต์

  • เพิ่มไปยังไฟล์บิลด์ Android.bp ของคุณ:
    host_supported: true,
    โปรดทราบว่าสามารถใช้ได้เฉพาะเมื่อไลบรารีที่คุณต้องการฟัซได้รับการสนับสนุนโฮสต์
  • เรียกใช้ fuzzer บนโฮสต์โดยเพียงแค่เรียกใช้ไบนารี fuzzer ที่สร้างขึ้น:
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME
  • เรียกใช้ fuzzer ของคุณบนอุปกรณ์

    เราต้องการคัดลอกสิ่งนี้ไปยังอุปกรณ์ของคุณโดยใช้ adb

    1. หากต้องการอัปโหลดไฟล์เหล่านี้ไปยังไดเร็กทอรีบนอุปกรณ์ ให้รันคำสั่งเหล่านี้:
      adb root
      adb sync data
      
    2. รัน fuzzer ทดสอบบนอุปกรณ์ด้วยคำสั่งนี้:
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
        /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    ผลลัพธ์ที่ได้จะคล้ายกับเอาต์พุตตัวอย่างด้านล่าง

    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
    

    ในเอาต์พุตตัวอย่าง ข้อขัดข้องเกิดจาก fuzz_me_fuzzer.cpp ที่บรรทัด 10:

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

    นี่เป็นการอ่านนอกขอบเขตที่ตรงไปตรงมาหาก data มีความยาว 3

    หลังจากที่คุณเรียกใช้ fuzzer เอาต์พุตมักจะส่งผลให้เกิดการขัดข้องและอินพุตที่ละเมิดจะถูกบันทึกไว้ในคลังข้อมูลและได้รับ ID ในเอาต์พุตตัวอย่าง นี่คือ crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60

    หากต้องการดึงข้อมูลข้อขัดข้องเมื่อทำการฟัซข้อมูลบนอุปกรณ์ ให้ใช้คำสั่งนี้โดยระบุรหัสข้อขัดข้องของคุณ:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    โปรดทราบว่าหากต้องการบันทึก testcase ลงในไดเร็กทอรีที่ถูกต้อง คุณสามารถใช้โฟลเดอร์ corpus (ดังตัวอย่างด้านบน) หรือใช้อาร์กิวเมนต์ artifact_prefix (เช่น `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /ไป`)

    เมื่อทำการฟัซเซอร์บนโฮสต์ ข้อมูลข้อขัดข้องจะปรากฏขึ้นในโฟลเดอร์ข้อขัดข้องในโฟลเดอร์ภายในเครื่องที่ fuzzer กำลังทำงานอยู่

    สร้างความครอบคลุมของเส้น

    การครอบคลุมบรรทัดมีประโยชน์มากสำหรับนักพัฒนา เนื่องจากพวกเขาสามารถระบุพื้นที่ในโค้ดที่ไม่ครอบคลุม และอัปเดต fuzzers ของตนตามเพื่อเข้าถึงพื้นที่เหล่านั้นใน fuzzing run ในอนาคต

    1. เพื่อสร้างรายงานความครอบคลุมของ fuzzer ให้รันขั้นตอนต่อไปนี้ :
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}
      
    2. หลังจากผลักดัน fuzzer และการอ้างอิงไปยังอุปกรณ์แล้ว ให้รันเป้าหมาย fuzz ด้วย LLVM_PROFILE_FILE ดังนี้:
      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. สร้างรายงานความครอบคลุมโดยการดึงไฟล์ profraw ออกจากอุปกรณ์ก่อน จากนั้นสร้างรายงาน html ไปยังโฟลเดอร์ชื่อครอบคลุม-html ดังแสดงด้านล่าง:
      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
      

    สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ libFuzzer โปรดดู เอกสารประกอบอัปสตรีม