fuzz测试之libfuzzer使用小结

背景

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项目中，为测试算法的鲁棒性，经常会用到fuzz测试进行压力测试。fuzz测试是一种模糊测试方法，本质是通过灌入各种变异的随机数据，去遍历不同函数分支，以暴露程序中可能出现的问题。

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接下来，本文以安卓平台LLVM自带的libFuzzer工具使用为例，简单介绍其使用方法。

基本原理

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在学习使用之前，先了解其基本运行原理。LLVM中首先调用一次初始化接口LLVMFuzzerInitialize设定参数，然后通过反复调用接口LLVMFuzzerTestOneInput，不断灌入不同长度的随机数据，直到程序达到最大运行限制，或中途找到bug才中断退出。

使用方法

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所需环境

• 电脑硬件
  • NDK编译软件，使用NDK-R20及以上的版本，其clang编译器自带地址消毒和fuzz测试模块
  • adb软件，用于电脑与手机联调
• 安卓手机（可使用开发者人员选项）

所需文件

• CPP主调：
  • xx_fuzz.cc
• 编译脚本：
  • andriod.mk
  • application.mk
• 待测试算法源码
  • xx.c

基本流程

• 电脑用NDK编译源文件，生成可执行文件
  • andriod.mk中添加
    • 编译选项：LOCAL_CFLAGS += -fsanitize=fuzzer,address -fomit-frame-pointer
    • 链接选项：LOCAL_LDFLAGS += -fsanitize=fuzzer,address
    • address选项是打开asan地址消毒功能，可增强找bug能力
  • application.mk中添加
    • 标准库：APP_STL := c++_shared
    • 因为调度代码是用CPP写的，需用到STL库
  • 打开powershell，在mk文件所在目录下，通过ndk-build指令，编译可执行文件
• 通过ADB软件push推到手机文件夹内
  • 拷贝上一步骤生成的可执行文件和动态库文件（如：libclang_rt.asan-aarch64-android.so和libc++_shared.so）
  • 将之推到手机内，如/data/local/tmp/xx_fuzz/
    • 指令举例：adb push xx.so /data/local/tmp/xx_fuzz/
• 通过ADB输入相关指令在手机上启动运行程序
  • 电脑连接安卓手机，手机进入开发者模式
  • 电脑命令窗，输入adb shell，进入手机环境
  • 切到可执行文件对应目录，输入以下指令，运行程序
    • LD_LIBRARY_PATH=./ ./demo_exe -max_len=65535 -len_control=0 -artifact_prefix=./corpus/ -detect_leaks=0 ./corpus
• 解析报错日志
  • 根据手机环境反馈的错误信息，如偏移地址0x226534
  • 将ndk自带的llvm-symbolizer.exe所在目录添加到电脑环境变量的path中
  • 命令窗输入以下指令，解析报错相关代码上下文，分析算法，修复bug
    • 指令：llvm-symbolizer -e=demo_exe 0x226534 --print-source-context-lines=3
    • 模式：llvm-symbolizer -e=库名或EXE名 报错显示的偏移地址
• 重点步骤
  • 打开fuzz测试的编译选项，并编译成功
  • LLVMFuzzerInitialize/LLVMFuzzerTestOneInput主调代码编写
• 注意事项
  • 主调demo中不用写main函数，main由libfuzzer框架提供
  • c和cpp代码联合编译时，需用宏区分函数命名

具体MK文件编译脚本说明，见《NDK编译系列：构建C/CPP工程》。

主调DEMO

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上面流程中用到的主调xx_fuzz.cc里的两个接口函数，框架模板如下：

#include <stddef.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <math.h>#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endifint LLVMFuzzerInitialize(int argc, char **argv)
{// write your codereturn 0;
}int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *buf, size_t len)
{// write your codereturn 0;
}#ifdef __cplusplus
}
#endif

进一步的，具体使用可以参考：libfuzzer从入门到放弃。

参考资料

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1. llvm-libfuzzer官方介绍
2. 入门libFuzzer——编译链接
3. libFuzzer使用总结教程
4. libFuzzer学习
5. Android NDK Address Sanitizer地址消毒ASAN
6. aac的fuzzer测试工程