Fuzzing com libFuzzer

Fuzzing, que consiste simplesmente em fornecer dados potencialmente inválidos, inesperados ou aleatórios como entrada para um programa, é uma forma extremamente eficaz de encontrar bugs em grandes sistemas de software e é uma parte importante do ciclo de vida de desenvolvimento de software.

O sistema de compilação do Android suporta difusão por meio da inclusão do libFuzzer do projeto de infraestrutura do compilador LLVM. LibFuzzer está vinculado à biblioteca em teste e lida com toda seleção de entrada, mutação e relatórios de falhas que ocorrem durante uma sessão de difusão. Os sanitizadores do LLVM são usados ​​para auxiliar na detecção de corrupção de memória e nas métricas de cobertura de código.

Este artigo fornece uma introdução ao libFuzzer no Android e como executar uma compilação instrumentada. Também inclui instruções para escrever, executar e personalizar fuzzers.

Configurar e construir

Para garantir que você tenha uma imagem funcional em execução em um dispositivo, você pode baixar uma imagem de fábrica e atualizar o dispositivo. Alternativamente, você pode baixar o código-fonte AOSP e seguir o exemplo de configuração e construção abaixo.

Exemplo de configuração

Este exemplo assume que o dispositivo de destino é um Pixel ( taimen ) e já está preparado para depuração USB ( aosp_taimen-userdebug ). Você pode baixar outros binários Pixel em 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

Exemplo de construção

A primeira etapa para executar alvos fuzz é obter uma nova imagem do sistema. Recomendamos estar pelo menos na versão de desenvolvimento mais recente do Android.

  1. Execute a compilação inicial emitindo:
    m
  2. Para permitir que você atualize seu dispositivo, inicialize-o no modo fastboot usando a combinação de teclas apropriada .
  3. Desbloqueie o bootloader e atualize a imagem recém-compilada com os seguintes comandos.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

O dispositivo de destino agora deve estar pronto para a difusão do libFuzzer.

Escreva um fuzzer

Para ilustrar a escrita de um fuzzer de ponta a ponta usando libFuzzer no Android, use o seguinte código vulnerável como caso de teste. Isso ajuda a testar o fuzzer, garantir que tudo esteja funcionando corretamente e ilustrar a aparência dos dados de falha.

Aqui está a função de teste.

#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 e executar este fuzzer de teste:

  1. Um destino fuzz consiste em dois arquivos: um arquivo de construção e o código-fonte do alvo fuzz. Crie seus arquivos em um local próximo à biblioteca que você está divulgando. Dê ao fuzzer um nome que descreva o que ele faz.
  2. Escreva um alvo fuzz usando libFuzzer. O alvo fuzz é uma função que pega um blob de dados de um tamanho especificado e o passa para a função a ser fuzzed. Aqui está um difusor básico para a função de teste vulnerável:
    #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. Diga ao sistema de compilação do Android para criar o binário fuzzer. Para construir o fuzzer, adicione este código ao arquivo 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 fazer o fuzzer funcionar no alvo (dispositivo):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Para fazer o fuzzer rodar no host:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Por conveniência, defina algumas variáveis ​​de shell contendo o caminho para seu alvo fuzz e o nome do binário (do arquivo de construção que você escreveu anteriormente).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Depois de seguir essas etapas, você deverá ter um fuzzer integrado. O local padrão para o fuzzer (para este exemplo de construção Pixel) é:

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

    • Execute seu fuzzer no host

  • Adicione ao seu arquivo de compilação Android.bp: 
    host_supported: true,
    Observe que isso só pode ser aplicado se a biblioteca que você deseja fuzz for suportada pelo host.
  • Execute o fuzzer no host simplesmente executando o binário do fuzzer construído: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Execute seu fuzzer no dispositivo

    Queremos copiar isso para o seu dispositivo usando adb .

    1. Para fazer upload desses arquivos para um diretório no dispositivo, execute estes comandos:
      adb root
adb sync data
    2. Execute o fuzzer de teste no dispositivo com 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

    Isso resulta em uma saída semelhante ao exemplo de saída abaixo.

    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

    Na saída do exemplo, a falha foi causada por fuzz_me_fuzzer.cpp na linha 10:

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

    Esta é uma leitura direta e fora dos limites se data tiverem comprimento 3.

    Depois de executar o fuzzer, a saída geralmente resulta em uma falha e a entrada incorreta é salva no corpus e recebe um ID. Na saída de exemplo, é crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Para recuperar informações de falha durante a difusão no dispositivo, emita este comando, especificando seu ID de falha:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Observe que para salvar os casos de teste no diretório correto, você pode usar a pasta corpus (como no exemplo acima) ou usar o argumento artefato_prefix (por exemplo, `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /vai`).

    Durante a difusão no host, as informações de falha aparecem na pasta de falha na pasta local onde o fuzzer está sendo executado.

    Gerar cobertura de linha

    A cobertura de linha é muito útil para desenvolvedores, pois eles podem identificar áreas no código que não são cobertas e atualizar seus fuzzers de acordo para atingir essas áreas em futuras execuções de fuzzing.

    1. Para gerar relatórios de cobertura do fuzzer, execute as seguintes etapas:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. Depois de enviar o fuzzer e suas dependências para o dispositivo, execute o destino fuzz com LLVM_PROFILE_FILE da seguinte forma:
      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. Produza o relatório de cobertura extraindo primeiro o arquivo profraw do dispositivo e depois gerando o relatório html em uma pasta chamada cobertura-html conforme mostrado abaixo:
      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 obter mais informações sobre o libFuzzer, consulte a documentação do upstream .