Fuzzing con libFuzzer

La fuzzing, que consiste simplemente en proporcionar datos potencialmente no válidos, inesperados o aleatorios como entrada a un programa, es una forma extremadamente eficaz de encontrar errores en grandes sistemas de software y es una parte importante del ciclo de vida del desarrollo de software.

El sistema de compilación de Android admite la fuzzing mediante la inclusión de libFuzzer del proyecto de infraestructura del compilador LLVM. LibFuzzer está vinculado con la biblioteca bajo prueba y maneja toda la selección de entrada, mutación e informes de fallas que ocurren durante una sesión de fuzzing. Los desinfectantes de LLVM se utilizan para ayudar en la detección de daños en la memoria y las métricas de cobertura del código.

Este artículo proporciona una introducción a libFuzzer en Android y cómo realizar una compilación instrumentada. También incluye instrucciones para escribir, ejecutar y personalizar fuzzers.

Configurar y construir

Para asegurarse de tener una imagen funcional ejecutándose en un dispositivo, puede descargar una imagen de fábrica y actualizar el dispositivo. Alternativamente, puede descargar el código fuente de AOSP y seguir el ejemplo de configuración y compilación a continuación.

Ejemplo de configuración

Este ejemplo supone que el dispositivo de destino es un Pixel ( taimen ) y ya está preparado para la depuración de USB ( aosp_taimen-userdebug ). Puede descargar otros archivos binarios de Pixel desde 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

Ejemplo de construcción

El primer paso para ejecutar objetivos difusos es obtener una imagen nueva del sistema. Recomendamos estar al menos en la última versión de desarrollo de Android.

  1. Realice la compilación inicial emitiendo:
    m
  2. Para permitirle actualizar su dispositivo, inicie su dispositivo en modo fastboot usando la combinación de teclas adecuada .
  3. Desbloquee el gestor de arranque y actualice la imagen recién compilada con los siguientes comandos.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

El dispositivo de destino ahora debería estar listo para la fuzzing de libFuzzer.

Escribe un fuzzer

Para ilustrar la escritura de un fuzzer de un extremo a otro usando libFuzzer en Android, use el siguiente código vulnerable como caso de prueba. Esto ayuda a probar el fuzzer, garantizar que todo funcione correctamente e ilustrar cómo se ven los datos de fallas.

Aquí está la función de prueba.

#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
}

Para construir y ejecutar este fuzzer de prueba:

  1. Un destino difuso consta de dos archivos: un archivo de compilación y el código fuente del destino difuso. Cree sus archivos en una ubicación al lado de la biblioteca que está difuminando. Asigne al fuzzer un nombre que describa lo que hace.
  2. Escriba un objetivo difuso usando libFuzzer. El objetivo de fuzz es una función que toma un blob de datos de un tamaño específico y lo pasa a la función que se va a fuzzear. Aquí hay un fuzzer básico para la función de prueba vulnerable:
    #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. Dígale al sistema de compilación de Android que cree el binario fuzzer. Para construir el fuzzer, agregue este código al archivo 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. Para hacer que el fuzzer se ejecute en el objetivo (Dispositivo):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Para hacer que el fuzzer se ejecute en el host:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Para mayor comodidad, defina algunas variables de shell que contengan la ruta a su objetivo fuzz y el nombre del binario (del archivo de compilación que escribió anteriormente).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Después de seguir estos pasos, deberías tener un fuzzer construido. La ubicación predeterminada para el fuzzer (para este ejemplo de compilación de píxeles) es:

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME para el dispositivo.
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME para el host.

    • Ejecute su fuzzer en el host

  • Agregue a su archivo de compilación Android.bp: 
    host_supported: true,
    Tenga en cuenta que esto solo se puede aplicar si la biblioteca que desea difuminar es compatible con el host.
  • Ejecute el fuzzer en el host simplemente ejecutando el binario fuzzer integrado: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Ejecute su fuzzer en el dispositivo

    Queremos copiar esto a su dispositivo usando adb .

    1. Para cargar estos archivos a un directorio en el dispositivo, ejecute estos comandos:
      adb root
adb sync data
    2. Ejecute el fuzzer de prueba en el dispositivo con este comando: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    Esto da como resultado un resultado similar al resultado del ejemplo siguiente.

    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

    En el resultado del ejemplo, el bloqueo fue causado por fuzz_me_fuzzer.cpp en la línea 10:

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

    Esta es una lectura sencilla fuera de límites si data tienen una longitud de 3.

    Después de ejecutar su fuzzer, la salida a menudo resulta en un bloqueo y la entrada ofensiva se guarda en el corpus y se le asigna una identificación. En el resultado del ejemplo, esto es crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Para recuperar información sobre fallas al realizar fuzzing en el dispositivo, emita este comando, especificando su ID de falla:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Tenga en cuenta que para guardar los casos de prueba en el directorio correcto, puede usar la carpeta corpus (como en el ejemplo anterior) o usar el argumento artefacto_prefix (por ejemplo, `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /ir`).

    Cuando se realiza el fuzzer en el host, la información sobre el fallo aparece en la carpeta de fallos de la carpeta local donde se ejecuta el fuzzer.

    Generar cobertura de línea

    La cobertura de línea es muy útil para los desarrolladores, ya que pueden identificar áreas en el código que no están cubiertas y actualizar sus fuzzers en consecuencia para llegar a esas áreas en futuras ejecuciones de fuzzing.

    1. Para generar informes de cobertura de fuzzer, ejecute los siguientes pasos:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Después de enviar el fuzzer y sus dependencias al dispositivo, ejecute el objetivo del fuzz con LLVM_PROFILE_FILE de la siguiente manera:
      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. Produzca el informe de cobertura extrayendo primero el archivo proraw del dispositivo y luego generando el informe html en una carpeta llamada cobertura-html como se muestra a continuación:
      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

    Para obtener más información sobre libFuzzer, consulte la documentación anterior .