test fuzz-05-模糊测试 kelinci AFL-based fuzzing for Java

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kelinci

Kelinci 是一个在 Java 程序上运行 AFL（American Fuzzy Lop）的接口。

“Kelinci” 在印尼语中意为兔子（印尼语是爪哇岛上的语言）。

此 README 假设 AFL 已经被预先安装。关于如何安装和使用 AFL 的信息，请参阅 http://lcamtuf.coredump.cx/afl/。

Kelinci 已经成功测试过与 AFL 版本 2.44 及更高版本的兼容性。README 解释了如何使用这个工具。

有关技术背景，请参阅 ‘docs’ 目录中的 CCS’17 论文。

在 ‘examples’ 目录中提供了几个示例，每个示例都附有一个 README，详细说明了重复实验的确切步骤。

Kelinci 已经发现了与 OpenJDK（版本 6-9）和 Apache Commons Imaging 1.0 RC7 中 JPEG 解析相关的错误。这些是 bug 报告：

  • OpenJDK：http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=JDK-8188756
  • Apache Commons Imaging：https://issues.apache.org/jira/browse/IMAGING-203

安装

该应用有两个组件。首先，有一个充当 AFL 目标应用程序的 C 应用程序。

它的行为与使用 afl-gcc / afl-g++ 构建的应用程序相同；AFL 无法区分它们。这个 C 应用程序位于子目录 ‘fuzzerside’ 中。

它通过 TCP 连接将由 AFL 生成的输入文件发送到 JAVA 端。然后，它接收结果并以期望的格式将其转发给 AFL。要构建，请在 ‘fuzzerside’ 子目录中运行 make。

第二个组件位于 JAVA 端。它位于 ‘instrumentor’ 子目录中。

该组件使用 AFL 风格的管理工具，以及与 C 端通信的组件对目标应用程序进行插装。稍后执行插装程序时，它会设置一个 TCP 服务器，并为每个传入的请求在单独的线程中运行目标应用程序。它会发送回一个退出代码（成功、超时、崩溃或队列已满），以及收集到的路径信息。

任何从主函数中逃逸的异常都被视为崩溃。

要构建，请在 ‘instrumentor’ 子目录中运行 gradle build。

使用说明

以下是如何在目标应用程序上运行 Kelinci 的说明。这假设 AFL 和 Kelinci 的两个组件都已经构建。

  1. 可选：构建驱动程序 AFL/Kelinci 期望一个接受指定文件位置参数的程序。它会对该程序的文件进行随机变异以进行模糊测试。如果您的目标应用程序不是这样工作的，就需要构建一个驱动程序，该驱动程序解析输入文件并基于此模拟正常交互。在构建驱动程序时，请记住输入文件将被随机变异。程序在文件中期望的结构和凝聚性越少，模糊测试效果就越好。即使程序接受输入文件，也可能构建一个接受不同格式的驱动程序，以最大化有效和无效输入文件的比率。

在构建驱动程序时还需要考虑的一件事是，目标程序将在主方法中被不断调用的虚拟机中运行。所有运行必须是独立和确定性的。例如，如果程序从输入中存储信息到数据库或静态内存位置，请确保重置它，使其不能影响未来的运行。

  1. 插装 我们将假设目标应用程序和驱动程序已经构建，输出目录为 ‘bin’。我们的下一步是为在 Kelinci 中使用而插装这些类。该工具提供了 edu.cmu.sv.kelinci.instrumentor.Instrumentor 类用于此目的。它在 -i 标志之后（这里是 ‘bin’）和 -o 标志之后（这里是 ‘bin-instrumented’）需要一个输入目录。我们需要确保 kelinci JAR 在类路径上，以及目标应用程序的所有依赖项。假设目标应用程序依赖的 JAR 文件在 /path/to/libs/ 中，插装的命令如下：
java -cp /path/to/kelinci/instrumentor/build/libs/kelinci.jar:/path/to/libs/* edu.cmu.sv.kelinci.instrumentor.Instrumentor -i bin -o bin-instrumented

请注意，如果项目依赖于与 Kelinci Instrumentor 也依赖于的库的不同版本，可能会出现问题。目前，这些版本是 args4j 版本 2.32、ASM 5.2 和 Apache Commons IO 2.4。在大多数情况下，可以通过将 Kelinci 构建的 ‘classes’ 目录放在类路径上而不是 Fat JAR，然后在类路径上添加与 Kelinci 和目标都可以使用的库 JAR 版本。

  1. 创建示例输入 我们想要测试插装后的 Java 应用程序是否正常工作。为此，请创建一个用于示例输入文件的目录：mkdir in_dir

AFL 稍后将使用此目录来获取它将进行变异的输入文件。因此，有在其中具有代表性的输入文件非常重要。将代表性文件复制到其中，或者创建它们。

  1. 可选：测试 Java 应用程序 查看插装后的 Java 应用程序是否与提供的/创建的输入文件一起正常工作：
java -cp bin-instrumented:/path/to/libs/* <driver-classname> in_dir/<filename>
  1. 启动 Kelinci 服务器 现在我们可以启动 Kelinci 服务器了。我们将简单地编辑上一条命令，该命令运行了 Java 应用程序。Kelinci 期望目标应用程序的主类作为第一个参数，因此我们现在只需在其前面添加 Kelinci 主类。我们还需要将具体文件名替换为 @@，Kelinci 将用实际路径替换它。其他参数是可以的，并将在运行过程中被固定。
java -cp bin-instrumented:/path/to/libs/* edu.cmu.sv.kelinci.Kelinci <driver-classname> @@

可选地，我们可以指定一个端口号（默认为 7007）：

java -cp bin-instrumented:/path/to/libs/* edu.cmu.sv.kelinci.Kelinci -port 6666 <driver-classname> @@
  1. 可选：测试接口 在我们开始模糊测试之前，让我们确保与 Java 端的连接是否按预期工作。interface.c 程序有一个在 AFL 之外运行的模式，因此我们可以通过以下方式测试它：
/path/to/kelinci/fuzzerside/interface in_dir/<filename>

如果我们在步骤 6 中创建了服务器列表，可以按如下方式将其添加：

/path/to/kelinci/fuzzerside/interface -s servers.txt in_dir/<filename>

可选地，我们可以使用 -s 标志指定服务器（例如 -s 192.168.1.1 或 “sv.cmu.edu”，默认为 “localhost”），并使用 -p 标志指定端口号（默认为 7007）。

  1. 开始模糊测试！ 如果一切正常，我们现在可以启动 AFL 了！与 Kelinci 服务器端类似，AFL 期望一个二进制文件，该文件接受一个输入文件作为参数，由 @@ 指定。在我们的情况下，这始终是 interface 二进制文件。它还期望一个包含要开始模糊测试的输入文件的目录，以及一个输出目录。
/path/to/afl/afl-fuzz -i in_dir -o out_dir /path/to/kelinci/fuzzerside/interface [-s servers.txt] @@

如果一切正常，AFL 接口将在短时间内启动，并且您会注意到新路径的发现。对于额外的监控，请查看输出目录。‘queue’ 子目录中的输入文件触发了不同的程序行为。还有 ‘crashes’ 和 ’

关于并行化的注意事项

Java 端自然是可以并行化的。只需为要在其上执行 Java 运行的每个核心启动一个实例。

这可以在同一台机器上进行（但端口不同！）或在多台机器上进行。

有关如何并行运行 AFL 的详细信息，请参阅随附的 parallel_fuzzing.txt 文档。您将希望运行与 Java 端 Kelinci 组件数量相同的 afl-fuzz 进程，其中每个 afl-fuzz 进程连接到不同的 Kelinci 服务器。

要连接的 Kelinci 服务器可以使用 interface.c 的 -s <server> 和 -p <port> 标志指定。

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