# Prologue
次日，群名从 `Pwn Squad` 变成了 `Lost Squad`。
我们不知道这是否是更好的选择，但我想，我们绝不差尝试的勇气。
:::note
由于是直接上手用 fuzzer，边做边学，所以肯定会漏掉很多重要的概念，算是比较冒险的
学习方法了。不过没事，后面慢慢总结。
:::
# Concept
以下概念翻译自 [Frequently asked questions (FAQ)](https://aflplus.plus/docs/faq/
)。
- 程序包含 **函数 (Function)**，而函数包含编译后的机器码。
- 函数中的机器码可以由一个或多个 **基本块 (Basic Block)** 组成。
- 基本块是尽可能长的连续机器指令序列，它只有一个 **入口点 (Entry Point)**（可被
多个其它基本块进入），且在执行过程中线性运行，除了末尾外，不会发生分支或跳转到其
它地址。
下面的 **A**、**B**、**C**、**D**、**E** 都是基本块：
```plaintext showLineNumbers=false
function() {
A:
some
code
B:
if (x) goto C; else goto D;
C:
some code
goto E
D:
some code
goto B
E:
return
}
```
**边 (Edge)** 则表示两个直接相连的基本块之间的唯一关系，自环也算一条边：
```plaintext showLineNumbers=false
Block A
|
v
Block B <------+
/ |
v v |
Block C Block D --+
v
Block E
```
# Demo
以下面这个程序为例，感受一下 Fuzz 的基本用法及其思想。
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int isBigPrime(int n) {
if (n <= 5)
return 0;
for (int i = 2; i * i <= n; i++)
if (n % i == 0)
return 0;
return 1;
}
int main(void) {
char s[35];
scanf("%s", s);
char cnt[300] = {0};
for (int i = 0; s[i]; i++) {
cnt[s[i]]++;
if (s[i] < 'x' || s[i] > 'z') {
puts("unacceptable");
return 0;
}
}
if (isBigPrime(cnt['x']) && isBigPrime(cnt['y']) && isBigPrime(cnt['z']))
abort();
puts("Nice string");
return 0;
}
```
程序逻辑为：
- **输入限制**：程序只接受由字符 `x`，`y`，`z` 组成的字符串。如果包含其他字符，
程序会输出 unacceptable 并正常退出
- **计数统计**：使用 `cnt` 数组统计输入字符串中 `x`，`y`，`z` 各自出现的次数
- **触发崩溃**：
- `isBigPrime` 函数检查一个数是否为大于 5 的质数 (e.g. 7, 11, 13, 17 etc.)
- 只有当 `x`、`y` 以及 `z` 的数量同时都是大于 5 的质数时，程序才会执行 `abort`
- **额外 Bug**：
- `scanf` 没有限制输入长度，存在栈溢出
根据 [Selecting the best AFL++ compiler for instrumenting the target](https://gi
thub.com/AFLplusplus/AFLplusplus/blob/stable/docs/fuzzing_in_depth.md#a-selectin
g-the-best-afl-compiler-for-instrumenting-the-target) 的指引，我们选择 `afl-clan
g-lto` 作为 **插桩 (Instrumentation)** 用的编译器。
使用如下指令编译并插桩：
```shellsession
afl-clang-lto ./test.c -o test
```
接下来，只要提供一些初始样本，放入 `inputs` 文件夹，比如我提供了这些样本：
```shellsession
λ ~/Projects/Fuzz/ cat inputs/text/*
aaaabaaacaaadaaaeaaa
helloworld
Hello world!
ahfoer
```
它们本身没有一个会让程序崩溃，我们希望 AFL++ 能自己变异这些样本，寻找到每一个能
让程序崩溃的输入。
由于 Arch 默认配置的问题，我需要临时关闭一些选项以确保 fuzzer 高效运行，为了方便
，我直接使用如下指令自动修改系统配置（虽然这可能会造成一些安全隐患）：
```shellsession
sudo afl-system-config
```
然后就可以使用以下指令来探索程序了：
```shellsession
afl-fuzz -i inputs -o out/ -- ./test
```
刚跑几秒就出了 6 个 crash，但是全都是栈溢出，之后大概在 1min 左右，把 abort 的 c
rash 路径也找到了，可以看到是第九个样本：
可以在 `out/default/crashes` 中找到这 10 个可以触发崩溃的输入。
`check` 脚本如下：
```bash
#!/usr/bin/env bash
for f in out/default/crashes/id:*; do
echo "==== $f ===="
# hexdump -C "$f" | head
./test <"$f"
done
```
# Fuzzing-Module
[Fuzzing-Module](https://github.com/alex-maleno/Fuzzing-Module) 是 AFL++ 官方[推
荐](https://github.com/AFLplusplus/AFLplusplus?tab=readme-ov-file#tutorials)的纯
新手练习。一共 3 个 exercises，speedrun 一下。
## Exercise 1
程序源码如下：
```cpp
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
using namespace std;
int main() {
string str;
cout << "enter input string: ";
getline(cin, str);
cout << str << endl << str[0] << endl;
if (str[0] == 0 || str[str.length() - 1] == 0) {
abort();
} else {
int count = 0;
char prev_num = 'x';
while (count != str.length() - 1) {
char c = str[count];
if (c >= 48 && c <= 57) {
if (c == prev_num + 1) {
abort();
}
prev_num = c;
}
count++;
}
}
return 0;
}
```
使用 `CC=afl-clang-lto CXX=afl-clang-lto++ cmake -S . -B build` 生成编译配置，然
后通过 `cmake --build build` 编译项目。
简单分析一下几个可以造成 crash 的地方，然后跑一下 fuzz 看看能不能对上：
1. `str[0] == x00`
2. `str[str.length() -1] == x00`
3. 下一个读取到的数字比上一个读取到的数字大一
4. `n`，`EOF`
根据 Exercise 1 的要求，我们使用如下脚本生成 5 个 seeds：
```bash
#!/usr/bin/env bash
mkdir seeds
for i in {0..4}; do
dd if=/dev/urandom of=seeds/seed_"$i" bs=64 count=10
done
```
然后跑 `afl-fuzz -i seeds -o out/ -m 0 -- ./build/simple_crash`，刚跑一秒就把三
个 crash 都找到了：
可以看到第一个对上了 Case 2，第二个对上了 Case 1，第三个对上了 Case 3。
:::important
第四个 Case 找不到，那时因为当触发的 crash 是由 Undefined Behaviour 导致时，AFL+
+ 会认为它比较 flaky，自动把它剔除掉。因为 UB 一类的，可能在不同编译 / 优化 / 运
行中表现各不相同，从而不能产生一种稳定可复现的 crash 。
既然如此，我们只要增强它的 crash 表现，使其更加可确定即可，比如：
```c showLineNumbers=false
if (str.length() == 0)
abort();
```
亦或者，我们打开 Sanitizer，这样就可以将语言层面的未定义行为变成 fuzzer 能稳定识
别的崩溃信号了。
```bash showLineNumbers=false
#!/usr/bin/env bash
cmake -S . -B build
-DCMAKE_C_COMPILER=afl-clang-lto
-DCMAKE_CXX_COMPILER=afl-clang-lto++
-DCMAKE_C_FLAGS="-O1 -g -fno-omit-frame-pointer -fsanitize=address,undefined"
-DCMAKE_CXX_FLAGS="-O1 -g -fno-omit-frame-pointer -fsanitize=address,undefined
"
```
通过上面的指令生成编译配置，开启 **AddressSanitizer (ASan)** 和 **UndefinedBehav
iorSanitizer (UBSan)**，然后跑 fuzz 前设置一下这两个环境变量：
```shellsession
export ASAN_OPTIONS=abort_on_error=1:symbolize=0:detect_leaks=0
export UBSAN_OPTIONS=abort_on_error=1
```
debug 时使用：
```shellsession
export ASAN_OPTIONS=abort_on_error=1:symbolize=1:detect_leaks=0
export UBSAN_OPTIONS=abort_on_error=1:print_stacktrace=1
```
:::
## Exercise 2
没啥崩溃点，只有这一个 abort, 输入 `ffl` 即可触发。
```cpp
} else if (input[i] == 'l') {
if (crew.num == 0) {
abort();
}
land();
}
```
我使用的 input 是随机生成的 200 字节长 De Bruijn Sequence，实际上沿用 Exercise 1
的 seeds 应该也可以。
观察跑出来的几个 crashes, 发现全都符合 `ffl` 的行为，多的 `f` 被 `h` 抵消。
## Exercise 3
代码太多就不放了，简单罗列一下 abort points:
- `choose_color`: 输入纯数字
- `min_alt`: 输入小于 0
- `min_airspeed`: 输入小于 0
- `fuel_cap`: 输入小于 0
- `check_alt`: 传入 `alt` 小于 0
- `check_fuel`: 传入 `fuel` 小于 0
- `check_speed`: 传入 `speed` 小于 0
这里的话，我遵循提示，在 `cmake` 创建配置文件的时候多加了一个 `-DCMAKE_EXPORT_CO
MPILE_COMMANDS=1` 参数，用于生成编译命令到 `compile_commands.json`，并尝试使用 [
Sourcetrail](https://github.com/CoatiSoftware/Sourcetrail) 来阅读源码。但是发现
用这个工具还不如我直接在 nvim 里面看代码来得快……或许以后分析很大的项目时可以再试
试。
这节练习给了这么一个 template：
```cpp
/*
* This file isolates the Specs class and tests out the
* choose_color function specifically.
*/
#include "specs.h"
int main(int argc, char **argv) {
// In order to call any functions in the Specs class, a Specs
// object is necessary. This is using one of the constructors
// found in the Specs class.
Specs spec(505, 110, 50);
// By looking at all the code in our project, this is all the
// necessary setup required. Most projects will have much more
// that is needed to be done in order to properly setup objects.
// This section should be in your code that you write after all the
// necessary setup is done. It allows AFL++ to start from here in
// your main() to save time and just throw new input at the target.
#ifdef __AFL_HAVE_MANUAL_CONTROL
__AFL_INIT();
#endif
spec.choose_color();
// spec.min_alt();
return 0;
}
```
我们可以通过定义 `__AFL_HAVE_MANUAL_CONTROL` 来设置 fuzz 入口。
先测试 `choose_color`，如果输入纯数字就会崩：
但这里多了一个 `x20`，即空格导致的崩溃，是我没想到的，研究研究。
```cpp
std::cin >> color;
if (isNumber(color))
abort();
bool Specs::isNumber(std::string str) {
for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
if (isdigit(str[i]) == 0)
return false;
}
return true;
}
```
`choose_color` 是用 `cin >>` 读取的输入，由于 `>>` 的逻辑是先跳过所有 spaces，然
后从第一个非空字符读取到下一个 space 停止，所以输入 `x20` 的话，什么都不会读到，
导致 `color = ""`，for 循环根本不会进入，返回 true 导致崩溃。
其它的没啥好说的，但是在 slice fuzz `min_airspeed` 的时候发现 `exec speed: 55.54
/sec`，简直是在拿显微镜扫地 o_O
究其原因的话，可能是因为 fuzzer 计算 exec 是按处理完一整轮来算的，可是现在这个情
况内部有一个循环，可能触发多次输入，所以如果输入样本很大的话，就会处理很久。
```cpp
void Specs::min_airspeed() {
bool out_of_bounds = true;
std::cout << "enter aircraft minimum airspeed: ";
std::cin >> speed;
do {
out_of_bounds = false;
if (speed < 0)
abort();
if (speed < 100) {
std::cout << "too low. please re-enter: ";
std::cin >> speed;
out_of_bounds = true;
} else if (speed > 200) {
std::cout << "too high. please re-enter: ";
std::cin >> speed;
out_of_bounds = true;
}
} while (out_of_bounds);
}
```
这里发现第二个 crash 有点奇怪：
这是因为 `>>` 在读取数字的时候也有特殊的规则，它会自动拆分数字。即 `1-3113x09`
被拆分为 `1` 和 `-3113` 两部分，被拆开的那部分会留在输入缓冲区等待下一次读取的时
候发出去，所以这里触发的逻辑是先判断 `speed < 100` 重新读取，然后发送负数触发 ab
ort 。
最后还剩下三个 check 函数我没测，因为它们相对前面几个来说更吃运气一点，感觉有点
浪费时间，就且先跳过了。
# Fuzzing101
下面是我做过的 [Fuzzing101](https://github.com/antonio-morales/Fuzzing101) Exerc
ises 导航列表：
- [Exercise 1 - Xpdf](/posts/fuzz/xpdf-cve-2019-13288/)
- [Exercise 2 - libexif](/posts/fuzz/libexif/)
- [Exercise 3 - TCPdump](/posts/fuzz/tcpdump-cve-2017-13028/)
- [Exercise 4 - LibTIFF](/posts/fuzz/libtiff-cve-2016-9297/)
- [Exercise 5 - libxml2](/posts/fuzz/libxml2-cve-2017-9048/)