التشويش مع libFuzzer

يعد التشويش، الذي يقدم ببساطة بيانات غير صالحة أو غير متوقعة أو عشوائية كمدخل لبرنامج ما، وسيلة فعالة للغاية للعثور على الأخطاء في أنظمة البرامج الكبيرة، وهو جزء مهم من دورة حياة تطوير البرمجيات.

يدعم نظام إنشاء Android التشويش من خلال تضمين libFuzzer من مشروع البنية التحتية للمترجم LLVM. يرتبط LibFuzzer بالمكتبة قيد الاختبار ويتعامل مع جميع عمليات اختيار المدخلات والطفرات وتقارير الأعطال التي تحدث أثناء جلسة التشويش. تُستخدم معقمات LLVM للمساعدة في اكتشاف تلف الذاكرة ومقاييس تغطية الكود.

تقدم هذه المقالة مقدمة إلى libFuzzer على نظام Android وكيفية تنفيذ إنشاء مُجهز. ويتضمن أيضًا تعليمات لكتابة الزغب وتشغيله وتخصيصه.

الإعداد والبناء

للتأكد من أن لديك صورة صالحة للعمل على الجهاز، يمكنك تنزيل صورة المصنع وفلاش الجهاز. وبدلاً من ذلك، يمكنك تنزيل كود مصدر AOSP واتباع مثال الإعداد والبناء أدناه.

مثال الإعداد

يفترض هذا المثال أن الجهاز المستهدف هو Pixel ( taimen ) وهو جاهز بالفعل لتصحيح أخطاء USB ( aosp_taimen-userdebug ). يمكنك تنزيل ثنائيات Pixel الأخرى من 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

بناء المثال

الخطوة الأولى لتشغيل الأهداف غير الواضحة هي الحصول على صورة جديدة للنظام. نوصي بأن تكون على الأقل على أحدث إصدار تطوير من Android.

  1. قم بإجراء الإنشاء الأولي عن طريق إصدار:
    m
  2. للسماح لك بفلاش جهازك، قم بتمهيد جهازك إلى وضع التشغيل السريع باستخدام مجموعة المفاتيح المناسبة .
  3. قم بإلغاء قفل أداة تحميل التشغيل وفلاش الصورة المجمعة حديثًا باستخدام الأوامر التالية.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

يجب أن يكون الجهاز المستهدف جاهزًا الآن لتشويش libFuzzer.

اكتب ضبابًا

لتوضيح كتابة لغز شامل باستخدام libFuzzer في Android، استخدم التعليمات البرمجية الضعيفة التالية كحالة اختبار. ويساعد ذلك في اختبار الغموض، والتأكد من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح، وتوضيح الشكل الذي تبدو عليه بيانات الأعطال.

هنا وظيفة الاختبار.

#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
}

لإنشاء وتشغيل هذا الاختبار الغامض:

  1. يتكون هدف Fuzz من ملفين: ملف البناء والكود المصدري لهدف Fuzz. قم بإنشاء ملفاتك في موقع بجوار المكتبة التي تعبث بها. قم بتسمية الـ Fuzzer الذي يصف ما يفعله الـ Fuzzer.
  2. اكتب هدفًا زغبيًا باستخدام libFuzzer. هدف التشويش هو دالة تأخذ كتلة من البيانات ذات حجم محدد وتمررها إلى الوظيفة المراد تشويشها. إليك الغموض الأساسي لوظيفة الاختبار الضعيفة:
    #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. أخبر نظام إنشاء Android بإنشاء الثنائي Fuzzer. لإنشاء Fuzzer، قم بإضافة هذا الرمز إلى ملف 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. لعمل ضبابية للتشغيل على الهدف (الجهاز):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. لإنشاء ضبابية للتشغيل على المضيف:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

للراحة، قم بتعريف بعض متغيرات الصدفة التي تحتوي على المسار إلى هدف Fuzz الخاص بك واسم الملف الثنائي (من ملف البناء الذي كتبته سابقًا).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

بعد اتباع هذه الخطوات، يجب أن يكون لديك ضباب مدمج. الموقع الافتراضي لل Fuzzer (على سبيل المثال بناء Pixel) هو:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME للجهاز.
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME للمضيف.

    • تشغيل fuzzer الخاص بك على المضيف

  • أضف إلى ملف بناء Android.bp الخاص بك: 
    host_supported: true,
    لاحظ أنه لا يمكن تطبيق ذلك إلا إذا كانت المكتبة التي ترغب في تشويشها مدعومة.
  • قم بتشغيل Fuzzer على المضيف ببساطة عن طريق تشغيل ثنائي Fuzzer المدمج: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • قم بتشغيل fuzzer على الجهاز

    نريد نسخ هذا إلى جهازك باستخدام adb .

    1. لتحميل هذه الملفات إلى دليل على الجهاز، قم بتشغيل هذه الأوامر:
      adb root
adb sync data
    2. قم بتشغيل اختبار Fuzzer على الجهاز باستخدام هذا الأمر: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    وينتج عن هذا إخراج مشابه لإخراج المثال أدناه.

    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

    في المثال الناتج، حدث العطل بسبب fuzz_me_fuzzer.cpp في السطر 10:

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

    هذه قراءة مباشرة خارج الحدود إذا كانت data بطول 3.

    بعد تشغيل جهاز التشويش الخاص بك، غالبًا ما يؤدي الإخراج إلى حدوث عطل ويتم حفظ الإدخال المخالف في المجموعة وإعطائه معرفًا. في المثال الناتج، هذا هو crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    لاسترداد معلومات الأعطال عند التشويش على الجهاز، قم بإصدار هذا الأمر، مع تحديد معرف الأعطال الخاص بك:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    لاحظ أنه لحفظ حالات الاختبار في الدليل الصحيح، يمكنك استخدام مجلد المجموعة (كما في المثال أعلاه) أو استخدام وسيطة artifact_prefix (على سبيل المثال `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /انطلق`).

    عند التشويش على المضيف، تظهر معلومات الأعطال في مجلد الأعطال في المجلد المحلي حيث يتم تشغيل التشويش.

    توليد تغطية الخط

    تعد تغطية الخط مفيدة جدًا للمطورين حيث يمكنهم تحديد المناطق في التعليمات البرمجية التي لم يتم تغطيتها وتحديث التشويش الخاص بهم وفقًا لذلك للوصول إلى تلك المناطق في عمليات التشويش المستقبلية.

    1. من أجل إنشاء تقارير تغطية غامضة، قم بتنفيذ الخطوات التالية:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. بعد دفع Fuzzer وتبعياته إلى الجهاز، قم بتشغيل هدف Fuzz باستخدام LLVM_PROFILE_FILE كما يلي:
      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. قم بإنتاج تقرير التغطية عن طريق سحب ملف profraw أولاً من الجهاز ثم إنشاء تقرير html إلى مجلد يسمى Coverage-html كما هو موضح أدناه:
      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

    لمزيد من المعلومات حول libFuzzer، راجع الوثائق الأولية .