Fuzz dengan libFuzzer

Fuzzing, yaitu pemberian data yang berpotensi tidak valid, tidak terduga, atau acak data sebagai input untuk program, adalah cara yang sangat efektif untuk menemukan {i>bug<i} dalam sistem perangkat lunak yang besar, dan merupakan bagian penting dari pengembangan perangkat lunak, siklus hidup data.

Sistem build Android mendukung fuzzing melalui penyertaan libFuzzer dari project project infrastruktur compiler LLVM. LibFuzzer ditautkan dengan library yang sedang diuji dan menangani semua input pemilihan, mutasi, dan pelaporan kerusakan yang terjadi selama sesi fuzzing. Pembersih LLVM digunakan untuk membantu mendeteksi kerusakan memori dan kode metrik cakupan.

Artikel ini menyediakan pengantar libFuzzer di Android dan cara melakukannya build berinstrumen. Juga termasuk instruksi untuk menulis, menjalankan, dan menyesuaikan fuzzer.

Menyiapkan dan membangun

Untuk memastikan Anda memiliki image yang berfungsi di perangkat, Anda dapat mendownload pabrik image, lalu mem-flash perangkat. Atau, Anda dapat mendownload sumber AOSP kode dan ikuti contoh penyiapan dan build di bawah ini.

Contoh penyiapan

Contoh ini mengasumsikan perangkat target adalah Pixel (taimen) dan sudah disiapkan untuk proses debug USB (aosp_taimen-userdebug). Anda dapat mendownload biner Pixel lain dari 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

Contoh build

Langkah pertama untuk menjalankan target fuzz adalah mendapatkan image sistem baru. Rab setidaknya Anda harus menggunakan versi pengembangan Android terbaru.

  1. Lakukan build awal dengan mengeluarkan: 
    m
  2. Agar Anda dapat melakukan flash perangkat, booting perangkat ke mode fastboot menggunakan yang sesuai kombinasi tombol.
  3. Buka kunci bootloader dan flash image yang baru dikompilasi dengan perintah perintah. 
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

Perangkat target seharusnya sudah siap untuk melakukan fuzzer libFuzzer.

Tulis fuzzer

Untuk menggambarkan penulisan fuzzer end-to-end menggunakan libFuzzer di Android, gunakan metode mengikuti kode yang rentan sebagai kasus pengujian. Hal ini membantu menguji kesempurnaan, memastikan semuanya bekerja dengan benar, dan menggambarkan seperti apa data {i>error<i} itu.

Berikut adalah fungsi pengujian. 

#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
}

Untuk membangun dan menjalankan fuzzer pengujian ini:

  1. Target fuzz terdiri dari dua file: file build dan kode sumber target fuzz. Buat file Anda di lokasi di sebelah perpustakaan yang Anda rapi. Berikan kesempatan nama yang menggambarkan apa yang dilakukan fuzzer.
  2. Menulis target fuzz menggunakan libFuzzer. Target fuzz adalah fungsi yang mengambil blob data dengan ukuran tertentu dan meneruskannya ke fungsi agar kabur. Berikut adalah fuzzer dasar untuk fungsi pengujian yang rentan: 
    #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. Memberi tahu sistem build Android untuk membuat biner fuzzer. Untuk membangun fuzzer, tambahkan kode ini ke 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. Cara membuat fuzzer untuk berlari sesuai target (Perangkat): 
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Untuk mempermudah proses menjalankan host: 
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Untuk memudahkan, tentukan beberapa variabel shell yang berisi jalur ke fuzz Anda target dan nama biner (dari file build yang Anda tulis sebelumnya).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Setelah mengikuti langkah-langkah ini, Anda akan memiliki fuzzer bawaan. Default lokasi fuzzer (untuk contoh build Pixel ini) adalah:

  • $ANDROID_PRODUCT_OUT/data/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME untuk perangkat seluler.
  • $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/$TARGET_ARCH/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME untuk host.

    • Jalankan fuzzer Anda di host

  • Tambahkan ke file build Android.bp Anda: 
    host_supported: true,
    Perhatikan bahwa ini hanya dapat diterapkan jika library yang ingin Anda fuzz adalah host didukung.
  • Jalankan fuzzer pada host hanya dengan menjalankan biner fuzzer yang dibangun: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Jalankan fuzzer Anda di perangkat

    Kami ingin menyalinnya ke perangkat Anda menggunakan adb.

    1. Untuk mengupload file ini ke direktori di perangkat, jalankan berikut: 
      adb root
adb sync data
    2. Jalankan test fuzzer di perangkat dengan perintah ini: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Ini menghasilkan output yang mirip dengan contoh output di bawah. 

    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

    Dalam contoh output, error disebabkan oleh fuzz_me_fuzzer.cpp pada baris 10:

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

    Ini adalah pembacaan di luar batas yang mudah jika data memiliki panjang 3.

    Setelah Anda menjalankan fuzzer, {i>output <i}sering kali menghasilkan {i>crash<i} dan {i>error<i} input disimpan di korpus dan diberi ID. Pada contoh {i>output<i}, ini adalah crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60.

    Untuk mengambil informasi {i>crash<i} ketika melakukan fuzzing pada perangkat, berikan perintah ini, yang menentukan ID error:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Perhatikan bahwa agar kasus pengujian disimpan ke direktori yang tepat, Anda dapat menggunakan metode folder corpus (seperti pada contoh di atas) atau menggunakan argumen artifact_prefix (misalnya `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes/go`).

    Saat melakukan fuzzing pada host, informasi error muncul di folder error di {i>folder<i} lokal di mana {i>fuzzer<i} sedang dijalankan.

    Membuat cakupan garis

    Cakupan garis sangat berguna bagi developer karena mereka dapat menunjukkan area dalam kode yang tidak membahas dan memperbarui fuzzer mereka untuk mencapai area tersebut pada lari fuzzing berikutnya.

    1. Untuk membuat laporan cakupan fuzzer, jalankan langkah-langkah berikut : 
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Setelah mendorong fuzzer dan dependensinya ke perangkat, jalankan target fuzz dengan LLVM_PROFILE_FILE sebagai berikut: 
      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. Buat laporan cakupan dengan terlebih dahulu mengambil file profraw dari perangkat, lalu menghasilkan laporan HTML ke folder bernama coverage-html seperti yang ditunjukkan di bawah ini: 
      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

    Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang libFuzzer, lihat dokumentasi upstream.