Фаззинг с помощью libFuzzer

Фаззинг, который просто предоставляет потенциально неверные, неожиданные или случайные данные в качестве входных данных для программы, является чрезвычайно эффективным способом поиска ошибок в больших программных системах и важной частью жизненного цикла разработки программного обеспечения.

Система сборки Android поддерживает фаззинг за счет включения libFuzzer из проекта инфраструктуры компилятора LLVM. LibFuzzer связан с тестируемой библиотекой и обрабатывает весь выбор входных данных, мутации и отчеты о сбоях, которые происходят во время сеанса фаззинга. Дезинфицирующие средства LLVM используются для обнаружения повреждений памяти и определения показателей покрытия кода.

В этой статье представлено введение в libFuzzer на Android и описано, как выполнить инструментированную сборку. Он также включает инструкции по написанию, запуску и настройке фаззеров.

Настройка и сборка

Чтобы убедиться, что на устройстве работает рабочий образ, вы можете загрузить заводской образ и прошить устройство. Альтернативно вы можете загрузить исходный код AOSP и следовать приведенному ниже примеру установки и сборки.

Пример установки

В этом примере предполагается, что целевое устройство — Pixel ( taimen ) и уже подготовлено для отладки по USB ( aosp_taimen-userdebug ). Другие двоичные файлы Pixel можно загрузить с сайта 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

Пример сборки

Первым шагом при запуске fuzz target является получение свежего образа системы. Мы рекомендуем использовать как минимум последнюю разрабатываемую версию Android.

  1. Выполните первоначальную сборку, введя:
    m
  2. Чтобы позволить вам прошить ваше устройство, загрузите его в режиме быстрой загрузки, используя соответствующую комбинацию клавиш .
  3. Разблокируйте загрузчик и прошейте только что скомпилированный образ с помощью следующих команд.
    fastboot oem unlock
fastboot flashall

Теперь целевое устройство должно быть готово к фаззингу libFuzzer.

Написать фаззер

Чтобы проиллюстрировать написание сквозного фаззера с использованием libFuzzer в Android, используйте следующий уязвимый код в качестве тестового примера. Это помогает протестировать фаззер, убедиться, что все работает правильно, и проиллюстрировать, как выглядят данные о сбоях.

Вот тестовая функция.

#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
}

Чтобы создать и запустить этот тестовый фаззер:

  1. Цель fuzz состоит из двух файлов: файла сборки и исходного кода цели fuzz. Создавайте файлы рядом с библиотекой, которую вы фаззите. Дайте фаззеру имя, описывающее его функции.
  2. Напишите цель фазза, используя libFuzzer. Цель фаззинга — это функция, которая принимает блок данных заданного размера и передает его функции, подлежащей фаззингу. Вот базовый фаззер для уязвимой функции тестирования:
    #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. Сообщите системе сборки Android создать двоичный файл фаззера. Чтобы создать фаззер, добавьте в файл Android.bp следующий код:
    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. Чтобы создать фаззер для запуска на целевом устройстве (устройстве):
    SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
  5. Чтобы сделать фаззер для запуска на хосте:
    SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer

Для удобства определите некоторые переменные оболочки, содержащие путь к вашей цели fuzz и имя двоичного файла (из файла сборки, который вы написали ранее).

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

После выполнения этих шагов у вас должен быть встроенный фаззер. Местоположение фаззера по умолчанию (для этого примера сборки пикселей):

  • $ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME для устройства.
  • $ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME для хоста.

    • Запустите фаззер на хосте

  • Добавьте в файл сборки Android.bp: 
    host_supported: true,
    Обратите внимание, что это можно применить только в том случае, если библиотека, которую вы хотите фаззить, поддерживается хостом.
  • Запустите фаззер на хосте, просто запустив встроенный двоичный файл фаззера: 
    $ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

    • Запустите фаззер на устройстве

    Мы хотим скопировать это на ваше устройство с помощью adb .

    1. Чтобы загрузить эти файлы в каталог на устройстве, выполните следующие команды:
      adb root
adb sync data
    2. Запустите тестовый фаззер на устройстве с помощью этой команды: 
      adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
  /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

    В результате вы получите результат, аналогичный показанному в примере ниже.

    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

    В выводе примера сбой был вызван файлом fuzz_me_fuzzer.cpp в строке 10:

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

    Это прямое чтение за пределами допустимого диапазона, если длина data равна 3.

    После запуска фаззера выходные данные часто приводят к сбою, а некорректные входные данные сохраняются в корпусе и получают идентификатор. В выводе примера это crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

    Чтобы получить информацию о сбое при фаззинге на устройстве, введите следующую команду, указав свой идентификатор сбоя:

    adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID
    Обратите внимание, что для сохранения тестовых случаев в нужном каталоге вы можете использовать папку корпуса (как в примере выше) или использовать аргумент artifact_prefix (например, `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /гоу`).

    При фаззинге на хосте информация о сбое появляется в папке сбоя в локальной папке, где запускается фаззер.

    Создать покрытие линии

    Покрытие строк очень полезно для разработчиков, поскольку они могут определить области кода, которые не покрыты, и соответствующим образом обновить свои фаззеры, чтобы охватить эти области в будущих запусках фаззинга.

    1. Чтобы создать отчеты о покрытии фаззера, выполните следующие шаги:
      CLANG_COVERAGE=true NATIVE_COVERAGE_PATHS='*' make ${FUZZER_NAME}

    2. После отправки фаззера и его зависимостей на устройство запустите цель фазза с помощью LLVM_PROFILE_FILE следующим образом:
      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. Создайте отчет о покрытии, сначала вытащив файл profraw из устройства, а затем создав отчет в формате HTML в папке с именем Cover-html, как показано ниже:
      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

    Дополнительные сведения о libFuzzer см. в документации исходного кода .